[发明专利]一种同时确定地表窄波段和宽波段比辐射率的方法及装置

说明书

技术领域

本发明属遥感定量反演领域，特别涉及一种同时确定地表窄波段和宽波段比辐射率的方法及装置。

背景技术

地表比辐射率作为地表自然物质的固有属性，受土地覆盖类型，土壤水分，土壤有机质，植被浓密程度和结构、表面粗糙度和地表起伏等因素的影响，能够指示地表的物质组成，在地表分类、土壤形成和侵蚀，稀疏植被覆盖与变化估算，岩床制图和资源探测等方面都有重要的意义。除此之外，地表比辐射率在地表温度的反演中扮演着重要的角色，没有准确的比辐射率就很难得到精确的温度反演结果。当地表温度反演精度向着1K，甚至更高精度迈进时，地表比辐射率的反演水平也需要向前挺进。

地表比辐射率的反演是科学家公认的一个病态问题。从普朗克方程可以看出，某个波段接收到的辐射能是温度和比辐射率的函数。因此，N个波段观测的辐亮度，总有N+1个未知数（N个比辐射率和1个温度），温度和比辐射率始终耦合在一起，其中任何一个物理量的确定需要以另一个物理量的确定为前提。这种病态性成为了地表比辐射率反演的难点之一。虽然现有MODIS地表比辐射率产品已经业务化生产，但是该产品也仅仅是在大气窗口区间上6个波段在卫星观测方向上的窄波段地表比辐射率，而不是各种水热平衡模型和陆面过程模型等所要求的地表宽波段比辐射率。迄今为止，还没有一种切实可行的算法能够为气候系统模型提供地表宽波段比辐射率数据，这也是为什么目前各种气候系统模型都将地表宽波段比辐射率值设为1或接近于1的常数的原因。由于地表比辐射率决定了地表长波辐射大小，如果简单采用窄波段比辐射率替代宽波段比辐射率，长波辐射的反演误差可能达到100W/m²。由此可见，如何实现窄波段地表比辐射率向宽波段地表比辐射率的转换是目前遥感反演需要解决的难点和热点。

由于受测量仪器的限制，现有的地物波谱库中一般只测量了14μm以下的地物波谱，这在一定程度上阻碍了地表宽波段比辐射率的估算。为了实时高效的从卫星数据中直接获取地表3-14μm以及3-∞μm的宽波段比辐射率，解决地表比辐射率的反演技术本身涉及的病态核心问题，发展一种地表宽波段比辐射率估算方法和装置是本发明提出的初衷。

发明内容

本发明的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种同时确定地表窄波段和宽波段比辐射率的方法及装置。

本发明的技术解决方案：地表窄波段和宽波段比辐射率确定方法，实现步骤如下：

（A）．对中分辨率成像光谱仪（MODIS）数据进行数据处理，包括辐射定标、大气纠正、以及云掩膜等处理，获取晴空条件下MODIS数据位于0.4-2.1μm大气窗口区的可见光/近红外波段地表反射率数据；

（B）．利用步骤A的反射率数据，结合建立的窄波段地表比辐射率反演算法，确定MODIS热红外光谱谱段第29（波谱范围8.4-8.7μm）、31（波谱范围10.78-11.28μm）和32（波谱范围11.77-12.27μm）波段的窄波段地表比辐射率；

（C）．利用步骤B的窄波段地表比辐射率，结合建立的窄-宽波段比辐射率转换模型，得到地表3-14μm以及3-∞μm的宽波段比辐射率。

所述步骤（A）中对中分辨率成像光谱仪（MODIS）数据进行数据处理的过程是：

（A1）根据MODIS提供的定标系数，对MODIS遥感数据进行绝对辐射定标，将影像灰度值转换为辐射亮度；

（A2）利用快速大气纠正模型（QUAC）和MODIS的云掩膜产品MOD35数据，完成MODIS遥感数据的大气纠正和有云像元的掩膜处理，获取MODIS数据位于0.4-2.1μm大气窗口区的可见光/近红外谱段的地表反射率数据。

所述步骤（B）中确定MODIS数据热红外光谱谱段29、31和32波段的窄波段地表比辐射率过程是：根据计算出的可见光/近红外地表反射率数据，计算归一化的积雪指数（NDSI）和归一化的植被指数（NDVI），并结合MODIS的陆地/海洋掩膜数据，对像元进行分类，分别分为水体像元，雪/冰像元和植被/裸土区像元三大类，分别得到所述比辐射率；

（B1）对于水体像元，利用ASTER波谱库和UCSB波谱库中测量的一些典型的水体波谱曲线，结合MODIS的第29、31和32波段的光谱响应函数分别进行卷积处理，获得每个波段上比辐射率的平均值为0.984、0.992和0.987，最后将该三个值分别作为MODIS热红外光谱谱段29、31和32波段的比辐射率；