[发明专利]微波遥感表面温度向热红外遥感肤面温度转换的方法

说明书

本发明属于遥感应用技术领域，尤其涉及微波遥感表面温度向热红外遥感肤面温度转换的方法。本发明基于土壤热传导方程，提出了一个适用于裸土地区的物理方法，包括：数据预处理；对GLDAS数据进行标定；等效温度生成；微波遥感表面温度向热红外遥感肤面温度转换，用于从被动微波遥感数据生成具有与热红外遥感地表温度相同的物理意义的地表温度。本发明方法对于现有被动微波遥感反演地表温度的算法具有普适性，结合本发明方法，有利于提高这些算法反演裸土地区地表温度的精度。

技术领域

本发明属于遥感应用技术领域，尤其涉及微波遥感表面温度向热红外遥感肤面温度转换的方法。

背景技术

作为地表与大气界面的关键参量，地表温度是全球与区域气候变化的指示因子。大范围地表温度的获取是地气间能量变换、陆地生态系统监测等研究的关键环节。因此，及时准确地获得地表温度对于研究全球气候变化、生态环境变化等工作都有着十分重要的意义。

针对热红外遥感数据反演地表温度的算法已经非常成熟，这有效地促进了各项陆面过程的研究，并且在全球与区域气候变化研究中发挥了重要的作用。热红外反演地表温度在部分情况下精度可以达到1K以内。但是，由于大气状况对热红外遥感影响较大，尤其是在阴雨雪等极端天气。相对而言，被动微波遥感受天气影响较小，可穿透云层，甚至雨区，获取地表辐射信息。被动微波遥感具有全天候、多极化等特点，在反演多云雾地区地表温度方面具有更广泛的应用范围和更大的应用潜力。但是，被动微波反演地表温度方法的精度，特别是在裸土地区不够理想。近年来，学术界围绕利用星载被动微波遥感数据反演地表温度这一科学问题展开了深入的研究，并建立了一系列模型与算法。随着被动微波传感器的增加，使得构建较长时间序列的地表温度数据集成成为可能，被动微波遥感提供的地表温度时间序列数据集，初步在全球气候变化研究中发挥作用。

但是，应用被动微波反演地表温度存在一个主要的问题：相对于热红外遥感，被动微波具有更强的穿透能力，能够携带来自地表以下更深处的辐射信息。通常情况下，热红外波段的热采样深度大约在几微米到几十微米之间，而被动微波的热采样深度不仅大于前者，更取决于土壤湿度，土壤类型以及波长等诸多因素。因此，两者在热采样深度上的差异造成了被动微波遥感表面温度与热红外遥感的地表温度在物理意义和数值上的显著区别。

目前，考虑热采样深度的因素，由被动微波遥感数据估算地表温度的研究相对较少。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，基于土壤热传导方程，提出了一个适用于裸土地区的物理方法，用于从被动微波遥感数据生成具有与热红外遥感地表温度相同的物理意义的地表温度。

为了方便地描述本发明的内容，首先对本发明所提到的裸土进行介绍：

裸土土壤层有如下特性：

各向同性、均一；

土壤湿度随土壤深度变化很小，土壤湿度随土壤深度变化对土壤体积热容量和土壤热传导率的影响可以忽略不计，即垂直方向上土壤的热性质是均一的。

在理想情况下，土壤中的能量交换仅仅发生在垂直方向上。在年尺度上，在第 t_d天，深度为z(m)处的土壤温度可以通过土壤热传导方程 T_(z,td)＝T_ave+A₀exp(-z/D)sin(ω_dt_d-z/D+ψ)表示，其中，T_ave为表层土(z＝0)的年平均温度，视为常数，单位为K，A₀为土壤的年平均温度，D为A₀衰减到时的土壤深度，单位为m，为观测角频率，单位为rad/天，ψ为初始相位，单位为rad， z为土壤深度。