[发明专利]一种基于大气尺度因子的地表温度估算方法

权利要求书

1.一种基于大气尺度因子的地表温度估算方法，其特征在于，包括如下步骤；

步骤100，分别基于普朗克定律和辐射传输方程实现双通道辐射能量间的函数表示以及双通道地表温度的表达式，然后将两式联立方程，对所有观测通道的地表发射率取光谱的均值处理后，得到修正大气廓线误差的代价函数；

步骤200，获取卫星观测辐射数据以及大气廓线产品；

步骤300，从现有发射率产品中获取目标像元的平均地表发射率；

步骤400，选定尺度因子代入代价函数进行大气廓线的迭代修正，并认为代价函数取最小值时所对应的地表温度最接近真值，确定大气廓线的尺度修正与地表温度的估算结果；

所述步骤100中代价函数的具体得到过程如下：

根据普朗克公式

得到地表-大气间的辐射传输方程

L_i＝{ε_i·B_i(T_s)+(1-ε_i·)B_i(T_a^↓)}·τ_i+B_i(T_a^↑)    (2)

其中，i表示观测通道；B_i(T)为黑体温度T下的观测通道i处的热辐射能量；λ_i为观测通道i的波长，单位：μm；c₁和c₂为普朗克热常数，取值分别为：1.19104×10⁸W·μm·m^-2·sr^-1和1.43877×10⁴μm·K；T_s为地表温度；L_i表示通道i处的观测辐射；B_i(T_s)表示通道i在地表温度Ts下的普朗克函数；B_iT_a^↓和B_iT_a^↑分别表示通道i在大气等效下行辐射亮温T_a^↓以及大气等效上行辐射亮温T_a^↑下的普朗克函数；τ_i为通道i处的大气透过率；

根据式(1)，对于给定的温度T，B_i(T)表示为通道波长λ和温度T的函数，因此，当观测通道i和j具有相同的温度T时，得到下式：

其中，i和j分别表示第i和第j个观测通道；B_i和B_j表示温度T下的普朗克函数；

当B_i作为变量使用时，隐去了其函数中的原变量T，对于相同的温度T，通过化简式(3)，并将B_j表示为B_i的函数，得到

由式(2)可知，位于通道j处的观测辐射表示如下：

L_j＝{ε_j·B_j+(1-ε_j·)B_j(T_a^↓)}·τ_j+B_j(T_a^↑)    (5)

化简后为

然后联立式(4)和式(6)化简得到下式：

根据式(2)将B_i表示如下：

其中，式(2)计算得到的B_i记为B_i，RTE，式(3)得到的B_i记为B_i，PLK；

将所有通道的地表发射率取光谱的均值处理的公式如下

其中，i表示第i个观测通道；n代表观测通道数；ε_m表示平均发射率；

由于地表温度的误差成分应包含大气廓线和地表发射率取均值误差两部分，即：

其中，i为第i个观测通道；Tⁱ_s，RTE和Tⁱ_s，PLK分别表示基于B_i，RTE和B_i，PLK计算得到的地表温度Ts；B^-1表示普朗克逆函数；Δε²和Δatm²分别表示地表发射率误差和大气廓线误差成分；

结合式(7)-(11)，即得到代价函数公式：

其中，c为代价函数；m表示共m次迭代；k表示第k次迭代；

所述步骤400中，选定尺度因子代入代价函数进行大气廓线迭代修正的过程如下：

步骤401，首先选定尺度因子S的变化范围，默认选择0.5～1.5之间，以0.1为步长进行迭代；

步骤402，利用辐射传输模型，计算在尺度因子S(k)作用下的大气参数，记为{B(T_B，loop^↓)，B(T_a，loop^↑)，τ_loop}_k，其中k表示第k次迭代；

步骤403，基于观测通道设置，构建n组通道对(i，j)组合，并利用所述代价函数计算得到此时的代价函数c(k)_m，loop，其中m表示共进行m次迭代；

步骤404，重复步骤401至403，直至迭代全部完成。