[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

摘要

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。

主权项

1.微波遥感表面温度向热红外遥感肤面温度转换的方法，其特征在于，具体步骤如下：S1、数据预处理，包括：中分辨率成像光谱仪(Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer，MODIS)地表温度产品与地球观测系统先进微波扫描辐射计(Advanced Microwave Scanning Radiometer‑earth observing system，AMSR‑E)进行匹配和全球土地数据同化系统(Global Land Data Assimilation System，GLDAS)土壤温湿度数据与AMSR‑E匹配，得到匹配后的MODIS影像数据和匹配后的GLDAS土壤温湿度数据，其中，所述GLDAS土壤温湿度数据提供的是每层土壤的平均温湿度数据；S2、对GLDAS数据进行标定，具体为：利用S1所述匹配后的MODIS影像数据对S1所述匹配后的GLDAS土壤温湿度数据进行标定，所得结果记为校准后的地表温度额(LST from Calibrated Data，LCGD)，同时使用S1所述GLDAS数据作为模型的对比输入参数；S3、等效温度生成：若地球观测系统先进微波扫描辐射计ANSR‑E某一通道的亮度温度为Tb(K)，在所述通道频率下的裸土土壤层的等效发射率为εb＝0.95，则所述通道频率下的裸土土壤层的被动微波等效温度Ts＝Tb/εb；S4、微波遥感表面温度向热红外遥感肤面温度转换，具体为：S41、根据斯忒藩‑玻尔兹曼(Stefan‑Boltzmann)定律，S3所述裸土土壤层辐射的有效能量Es(W/m2)为Es＝σεTs4，S3所述裸土土壤层深度为zm处辐射的能量为E(z)＝σεT(z)4，其中，σ为斯忒藩‑玻尔兹曼常数5.67×10‑8W/(m2·K4)，ε为宽波段的发射率，是常数；S42、S3所述裸土土壤层辐射的有效能量可以表示为S3所述裸土土壤层每一深度辐射出地表的能量的数学期望其中，贡献率密度函数b(z)的积分函数称为贡献率函数a(z)表示从表面(z＝0)到地下深度z的裸土土壤层辐射的被动微波能量占S3所述地球观测系统先进微波扫描辐射计ANSR‑E接收到的该裸土土壤层辐射的被动微波总能量的比率，则b(z)为减函数，a(z)为增函数且a(z)满足a(0)＝0,a(+∞)＝1；S43、令且k＞0，则S44、令a(z_M)＝99％，结合被动微波热采样深度的定义得出S45、根据S41所述E_S＝σεT_S⁴，S41所述E(z)＝σεT(z)⁴和S44所述可得S46、根据积分中值定理，存在其中，Z_R为土壤剖面深度，T(Z_R)为土壤剖面深度为Z_R处的温度；S47、得出T(zR)4b(zR)zM＝Ts4*99％，则把AMSR‑E的被动微波遥感表面温度转换为土壤剖面深度ZR处的温度T(ZR)；S48、根据土壤热传导方程被动微波热采样深度z_M，即被动微波热采样深度，S41所述E_S＝σεT_S⁴，S42所述a(z)，S42所述b(z)，S44所述a(z_M)＝99％和S47所述T(z_R)⁴b(z_R)z_M＝T_s⁴*99％求出S46所述Z_R和T(Z_R)，再根据任意土壤深度处的温度与土壤表面温度之间的关系求出地表温度T₍₀₎，实现了由被动微波遥感表面温度向地表温度的转换，其中，t_d表示在年尺度上的第t_d天，A₀为土壤的年平均温度，D为A₀衰减到时的土壤深度，为观测角频率，单位为rad/天，ψ为初始相位，单位为rad。