基于Landsat 8数据的3种地表温度反演算法在三河坝流域的对比分析

采用辐射传输方程法(RTE)、单窗算法(MW)和单通道算法(SC)3种算法及相关参数,结合三河坝流域数据对TIRS10/Landsat 8遥感数据反演的地表温度(LST)进行研究和分析,并对MW算法中的参数进行了修正。输出了流域LST灰度图和密度分割图,LST的直方图和交叉验证散点图用于LST反演算法结果的比较。3种算法计算LST的像元值线性拟合程度类似,空间分布一致,其中RTE与SC算法精度接近一致差值在0~0.05K区间范围内,MW算法的LST偏高于其他2种算法差值在0~1.27K区间范围内。对该流域不同土地覆盖类型的地表温度进行比较,反演结果可有效根据不同土地覆盖类型反演出地表热场细部结构,显示地表温度的细节信息。将这3种算法获取的LST值与MODIS LST产品值进行比较,结果表明两者之间显著相关,有较高的一致性。通过3种反演LST算法对TIRS10/Landsat 8遥感数据进行细致和精确的分析,为其他热红外波段卫星数据反演LST的算法提供一定的参考,通过对不同土地覆盖类型LST的评价与比较,也为后续提高LST反演精度提供依据。     

干旱/半干旱区MODIS地表温度反演与验证研究

劈窗算法是目前热红外遥感反演地表温度最常用的方法,根据Coll提出的劈窗算法建立基于MODIS适用干旱/半干旱区地表温度反演算法,并用同期的LP DAAC发布的MODIS地表温度产品和相应的53个气象站点的实际观测数据进行验证。通过分析,模型的反演精度与MODIS地表温度产品的反演精度相当,与气象观测数据相一致,反演精度较好,能够较精确地反演干旱/半干旱地区地表温度的时空变化特征。     

基于MODIS 影像数据的劈窗算法研究及其参数确定

劈窗算法是目前由热红外遥感数据获取陆面温度的主要方法。在介绍劈窗算法的一般表现形式的基础上, 我们推导出适合于MOD IS 影像数据的劈窗算法。大气透过率和地表比辐射率是求解地表温度的两个关键参数。由于MOD IS 图像分辨率较低,MOD IS 像元主要由水面、植被和裸土3种地物类型构成, 故可依据这3 种地物的构成比例确定地表比辐射率。从遥感影像上反演大气的水汽含量, 再根据大气水汽含量与大气透过率的关系计算出大气透过率。最后将文中推导的劈窗算法用于江苏省地表温度的反演。反演出来的地表温度图显示出明显的地表温度空间差异、城市热岛效应和不同的地物类型。     

基于Landsat8的地表温度反演算法研究——以滇池流域为例

2013年2月11日Landsat 8在加州范德堡空军基地发射升空,其携带的热红外传感器为反演地表温度提供了一种新的数据,但目前尚没有针对Landsat 8热红外波段反演地表温度的算法。针对Landsat 8第10波段特征,对现有反演地表温度的单窗算法进行了参数修正,得到了用Landsat 8第10波段反演地表温度的单窗算法系数。为了评价修正后算法的精度,用MODTRAN模拟地表温度为20、30和40℃时大气水汽含量分别为1.0、1.5、2.0和2.5g·cm-2传感器高度处的热辐射值,再将模拟数据用修正后的单窗算法反演地表温度,结果表明:地表温度越低、大气水汽含量越低,误差越小;模拟结果的平均误差为0.74℃。说明基于Landsat 8第10波段用修正后的单窗算法反演地表温度是可行的,该方法可为地表温度反演提供一种途径。最后以滇池流域为例,基于2013年4月20日的Landsat 8热红外数据反演了滇池流域的地表温度,并分析了滇池流域地表温度的分布特征。     

基于Landsat系列数据地表温度反演算法对比分析——以齐齐哈尔市辖区为例

Landsat热红外系列数据是地表温度反演的一项重要数据源。以齐齐哈尔市辖区为研究区域,基于2002、2008和2016年Landsat TM/ETM+/TIRS系列数据,分别采用单窗算法(MW算法)、单通道算法(SC算法)和辐射传输方程法(RTE算法)进行地表温度反演及对比分析,并利用MODIS地表温度产品对反演结果进行精度验证。结果表明:(1)基于Landsat系列数据,3种算法反演得到的地表温度的空间分布状况一致,总体上市区地表温度较高,水体区域温度最低;(2)基于ETM+数据,SC和RTE算法结果一致性较好,其中SC算法精度最高,MW算法在不同地物覆被区误差均较大;(3)MW算法基于TM数据反演精度最高,RTE算法次之,SC算法较差;(4)基于Landsat 8TIRS数据,SC算法精度最高,RTE算法误差较大。     

不同空间分辨率热红外数据在近海核电厂温排水监测一致性研究

针对近年来我国核电厂大力发展而引起的核电温排水体污染的问题,该文利用相同日期的环境一号B星(HJ-1B)红外相机与Landsat ETM+热红外波段数据,均采用辐射传输模型法反演出大亚湾区域海表温度,通过同日期MODIS海温产品作为基准,比较HJ-1B数据、Landsat ETM+数据温度反演的差别,在此基础上,基于同一基准温度提取方法,开展HJ-1B数据、Landsat ETM+数据及MODIS反演结果3种不同空间分辨率数据在近海核电站温排水监测的一致性进行了分析与评价。研究表明:ETM+数据温度反演精度高于HJ-1B结果,且更能体现高温升区监测精度;基于劈窗算法的MODIS海温反演精度更高,但不能反映温排水温升分布细节;综合考虑具有较高时间分布率和较大幅宽的HJ-1BIRS数据更能满足业务需求。     

热红外遥感地表温度反演研究现状与发展趋势

从Planck函数和热红外辐射传输方程出发,概述了热红外遥感反演地表温度的基本原理,总结了当前反演地表温度常用到的热红外遥感器及相应波段。将热红外遥感地表温度反演算法分为单通道、劈窗和多通道3大类,分析了每一类中较具代表性算法的原理、适用条件及精确度。从热红外遥感机理、发射率、环境辐射、混合像元、大气影响等方面概述了热红外遥感反演地表温度面临的主要问题,并对热红外遥感地表温度反演的发展趋势进行了展望。     

基于静止气象卫星数据的地表温度遥感估算

基于分裂窗算法和地表温度日周期变化模型,探讨了利用多时相热红外遥感数据反演地表温度的方法。首先,利用分裂窗算法及地表温度日周期变化形式,推导了多时相遥感数据反演地表温度的方法。其次,利用辐射传输模型(MODTRAN),以2006年夏季在禹城观测的3 d地表温度、气温及大气水汽数据做为输入参数、变化观测角及比辐射率,模拟了一日多个时刻与风云二号(F-2D)波谱响应函数一致的亮温数据,基于此,模拟数据库对所提算法进行了检验。最后,利用2010年9月30日FY-2D多时相热红外数据对新疆区域地表温度进行了反演,并与相应时刻的MODIS地表温度产品进行了比较。结果表明：利用模拟遥感数据反演地表温度,模拟值与估算值的相关系数达0.9,均方根误差在1.5 K以内;利用在轨FY-2D热红外数据反演得到的地表温度与MODIS温度产品趋势基本一致,两者的相关性达到了0.5,均方根误差为4.4 K。需要说明的是,此方法仅满足于晴朗无云的条件。     

MODIS数据地表温度反演劈窗算法比较

针对MODIS数据,分析比较了QIN和Wan-Dozier两种劈窗算法地表温度(LST)反演精度和误差分布。首先利用辐射传输模型MODTRAN4.0,结合TIGR大气廓线数据,评价两种算法绝对精度,然后基于误差传递理论分析评价二者的总精度,最后对两种算法的LST反演结果进行比较。研究表明针对所有廓线数据,两种算法绝对精度相差不大,但Wan-Dozier算法绝对精度受地表温度和水汽含量变化的影响程度要大于QIN算法;两种算法总精度相差不大,且主要误差源均为算法绝对精度和地表比辐射率精度,QIN算法反演结果对地表比辐射率的敏感性要略高于Wan-Dozier算法;两种算法得到研究区LST分布情况基本一致,均可表现空间LST分布差异,其中水体和裸土的LST反演结果差异较大,城镇和植被平均温度差异在0.5 K以内。     

基于MODIS 数据的南京市夏季城市热岛分析

城市热岛效应是当前城市环境与气候主要研究内容之一。地表温度与气温之间有紧密的联系, 通过遥感反演地表温度已成为研究城市热岛的有效手段。利用MODIS 数据, 获取地表比辐射率与大气透过率2 个基本参数, 运用劈窗算法反演南京市夏季地表温度。基于不同时相的MODIS数据, 对4 幅南京市地表温度反演图像作对比分析, 较好地显示了南京市城市热岛的空间分布、热岛范围和城市热岛强度, 结果表明南京市夏季热岛问题较为严重。     

Algorithms Comparison of Land Surface Temperature Retrieval from Landsat Series Data：A Case Study in Qiqihar，China

Land Surface Temperature（LST)is considered to be one of the significant indicators of urban environment analysis.Landsat thermal infrared series data is an important data source for retrieving surface temperature.In this paper，the thermal infrared band of the Landsat data in 2002，2008 and 2016 were used to retrieve LST by three different algorithms in municipal area of Qiqihar，China.These algorithms were the Mono-Window algorithm（MW algorithm)，the Single Channel algorithm（SC algorithm) and the Radiation Transport Equation method（RTE algorithm).And the results of the retrieval were compared to each other and verified by MODIS surface temperature products.The LST distribution maps were accomplished according to the retrieval results.The results showed that：(1)The spatial distribution of the LST obtained by the retrieval of the Landsat series by the three algorithms is consistent，and the LSTof the urban center is higher and thetemperature of water is the lowest；(2)Based on ETM+ data，the consistency between SC and RTE algorithm results is good，among which the SC algorithm has the highest precision，and the MW algorithm has large errors in different land cover areas；(3)The retrieval results by MW algorithm based on the TM data has the highest accuracy，RTE algorithm results is second，and the LST form SC algorithm is less consistent with the corresponding MODIS temperature products；(4)Based on the Landsat 8 TIRS data，the SC algorithm has the highest accuracy and the RTE algorithm has a large error.     

基于HJ-1B卫星数据的南京市地表温度反演研究

地表温度(LST)是全球变化的过程参数,应用HJ-1B-RS热红外数据,采用辐射传输法(RTE)、覃志豪单窗算法(Qins’)和普适性单通道算法(JM&S)对南京市地表温度进行反演。结果表明:3种算法均能较好地反映南京地区的地表温度趋势。RTE反演精度最高,与MODIS地温产品的差值多集中在2.1 K左右;Qins’的反演结果略低,温差多集中在3.87 K左右;而JM&S的结果明显偏低,温差多集中在5.96 K左右。结合土地利用类型图对地表温度进行分析,RTE温度结果中,温度最高的建设用地与温度最低的水体的温度相差4.1 K;Qins’温度结果中建设用地与水体的温度相差4.38 K;JM&S温度结果中建设用地与水体的温度相差2.15 K。RTE和Qins’更能体现不同土地利用类型之间的温度差异及对城市热岛的贡献。     

基于Landsat TM图像的北京城市地表温度遥感反演研究

利用北京地区Landsat TM热红外波段数据，采用单通道算法反演得到北京地区地面温度分布图。从反演结果可以看出，北京城区地面温度比郊区地表温度高，郊区地表温度较低，密云水库、官厅水库等水体的温度最低，总体上北京城市热岛效应显著。地表比辐射率是通过Van经验公式反演得到，通过对比分析，表明该方法对自然地表的比辐射率反演效果较好。     

Land Surface Temperature Data Fusion of Landsat ETM and MODISby Combining TsHARP and STITFM Model

Land Surface Temperature (LST) is an important parameter that describes energy balance of substance and energy exchange between the surface and the atmosphere,and LST has widely used in the fields of urban heat island effect,soil moisture and surface radiative flux.Currently,no satellite sensor can deliver thermal infrared data at both high temporal resolution and spatial resolution,which strongly limits the wide application of thermal infrared data.Based on the MODIS land surface temperature product and Landsat ETM+image,a temporal and spatial fusion method is proposed by combining the TsHARP (Thermal sHARPening) model with the STITFM (Spatio\|Temporal Integrated Temperature Fusion Model) algorithm,defined as CTsSTITFM model in this study.The TsHARP method is used to downscale the 1 km MODIS land surface temperature image to LST data at spatial resolution of 250 m.Then the accuracy is verified by the retrieval LST from Landsat ETM+ image at the same time.Land surface temperature image at 30 m spatial scale is predicted by fusing Landsat ETM+ and downscaling MODIS data using STITFM model.The fusion LST image is validated by the estimated LST from Landsat ETM+ data for the same predicted.The results show that the proposed method has a better precision comparing to the STITFM algorithm.Under the default parameter setting,the predicted LST values using CTsSTITFM fusion method have a root mean square error (RMSE) less than 1.33 K.By adjusting the window size of CTsSTITFM fusion method,the fusion results in the selected areas show some regularity with the increasing of the window.In general,a reasonable window size set may slightly improve the effects of LST fusion.The CTsSTITFM fusion method can solve the problem of mixed pixels caused by coarse\|scale MODIS surface temperature images to some degree.     

Comparative Analysis on Three Land Surface Temperature Inversion Algorithm based on Landsat 8 Data over Sanheba Basin

The Land Surface Temperature (LST) of TIRS10 / Landsat 8 remote sensing data is studied and analyzed by combining the data and related parameters of Sanheba basin,and the LST inversion algorithm are used the Radiative Transfer Equation Method (RTE),Mono\|Window algorithm (MW) and Single\|Channel Method (SC).The parameters of the MW algorithm are corrected.The LST gray scale and density segmentation graphs,the histogram of LST and the cross validation flank are used to compare the results of the LST inversion algorithm.The results show that the three kinds of algorithms are similar to the linear fitting degree of LST,and the spatial distribution is consistent.The RTE and SC algorithm are close to each other,the average error of algorithm is 0~0.05 K.the LST of MW algorithm is higher than that of the other two algorithms,the average error of algorithm is 0~1.27 K.The LST of different land cover types in this basin is compared,and the inversion results can effectively reflect the details of the surface thermal field structure according to the different land cover types.The LST values obtained by these three algorithms are compared with the MODIS LST product values.The results show that there is a significant correlation between the LST values and the MODIS LST products.In this paper,3 kinds of the LST inversion algorithms are analyzed detailed accurate on TIRS10/Landsat 8 remote sensing data,provide a reference for other thermal infrared satellite data inversion LST algorithm,but also for the subsequent LST improve the accuracy of inversion basis.     

Generation of Landsat surface temperature product for China, 2000–2010

Land surface temperature (LST) is a key parameter in the physics of land surface processes on regional and global scales. Although there are MODIS and Landsat land surface reflectance products, there is no LST product for Landsat data due in part to many challenges in the development of an operational Landsat LST product generating system because Landsat possesses only one thermal infrared channel. The aim of this article is to describe the Landsat LST product generation project launched by the Centre for Earth Observation and Digital Earth (CEODE), Chinese Academy of Sciences. The generalized single-channel (SC) algorithm proposed by Jiménez-Muñoz et al. is used for LST retrieval. It is fully operational, requires minimal input data requirements, and has acceptable precision. Total atmospheric water vapour content is the key input parameter required by the SC algorithm. In this project, the MODIS water vapour product is employed to derive total atmospheric water vapour content. In this way, an operational Landsat LST product generation program was constructed by integration of MODIS and Landsat satellite imagery.     

基于Landsat8热红外遥感数据的山地地表温度地形效应研究

地表温度是影响地表能量收支平衡的重要参量,能够综合反演地表的水热交换过程。虽然当前在基于地表温度开展全球或者区域尺度的地表能量平衡研究方面取得一系列的进展,但是面向山地区域尺度的类似研究仍然面临较大的挑战。为分析山地复杂地形对山地地表温度时空分布的影响规律,基于具有较高空间分辨率的Landsat 8热红外数据,以我国西南典型山地为研究对象,定量反演该区域的地表温度空间分布状况,结合SRTM90DEM数据,选择从海拔、坡度和坡向3个关键地形因子角度分析山地地表温度的地形效应特征。结果发现:山地地表温度随地形因子均呈现出十分显著的变化特征。总体而言,地表温度均随着海拔和坡度的升高而降低,而在坡向方面,南坡的温度相比北坡的温度要高。在地形效应分析的基础上,通过开展1km空间尺度地形和地表温度的空间统计分析发现,山地1km尺度下地表温度存在较大的空间异质性,且其影响不可忽略。研究结果表明:开展山地地表水热过程遥感动态监测需高空间分辨率地表温度作为数据支持,以准确描述山地地形因素对地表能量交换过程的影响。     

利用MODIS热红外数据进行广州市夏季热场分析

城市热环境及其热效应是当前城市气候与环境中最为重要的研究内容之一。地表温度（LST）是研究热环境的一个有效手段。相比在我国进行LST研究中广泛使用的AVHRR数据,MODIS数据具有更高的灵敏度和精确度，基于2004年夏季MODIS热红外数据进行广州市城市LST反演，并对LST进行密度分割处理制作城市热场分布图。通过对不同时间LST图像进行对比以及数据统计采分析广州市热环境的空间分布格局。发现广州市城市热岛效应问题极为严重。