[发明专利]一种利用中红外遥感数据确定地表温度的方法及装置

摘要

本发明公开了一种利用中红外遥感数据确定地表温度的方法及装置，包括步骤(A)利用中分辨率成像光谱仪MODIS数据的中红外波谱区第22(3.929μm–3.989μm)和第23(4.020μm–4.080μm)通道辐射亮度数据和大气参数数据，结合发展的中红外地表双向反射率遥感反演方法，确定第22和23通道的地表双向反射率；步骤(B)利用步骤(A)获取的地表双向反射率，结合发展的地表方向比辐射率遥感反演方法，确定第22和23通道的地表方向比辐射率；步骤(C)利用步骤(A)和步骤(B)分别得到的中红外地表双向反射率和方向比辐射率，结合发展的地表温度遥感反演方法，确定地表温度。本发明有效地实现了中红外数据地表温度的定量遥感反演。

主权项

一种利用中红外遥感数据确定地表温度的方法，其特征在于，该方法实现步骤如下：步骤(A)、利用中分辨率成像光谱仪MODIS数据的中红外波谱区第22和23通道辐射亮度数据和大气参数数据，第22通道波长范围为3.929μm–3.989μm，第23通道波长范围为4.020μm–4.080μm，结合发展的中红外地表双向反射率遥感反演方法，确定第22和23通道的地表双向反射率；步骤(B)、利用步骤(A)中获取的中红外通道地表双向反射率，结合发展的地表方向比辐射率遥感反演方法，确定第22和23通道的地表方向比辐射率；步骤(C)、利用步骤(A)和步骤(B)分别得到的中红外地表双向反射率和方向比辐射率，结合发展的地表温度遥感反演方法，确定地表温度；所述步骤(A)中确定第22和23通道地表双向反射率的过程是：A1.根据中红外波谱区大气辐射传输理论，在局地热力学平衡条件下，中红外辐射传输方程可近似表示为：Bi(Ti)=ϵiBi(Ts)τi+(1-ϵi)(Ratm_i↓+Ratm_is↓)τi+Ratm_i↑+Ratm_is↑+ρbiRisτi---(1)]]>式中，Bi(Ti)是卫星传感器在i通道测量的辐射亮度值，τi是i通道总的大气透过率，Ratm_i↑和Ratm_i↓分别是i通道测量的大气的上行和下行辐射，和分别是i通道测量的大气散射的太阳上行和下行辐射，是到达地面的太阳直射辐射，这些参数可通过大气辐射传输模型MODTRAN，结合大气廓线数据计算得到；确定地表温度Ts，需要先反演出地表双向反射率ρbi和地表方向比辐射率εi；A2.MODIS数据的中红外地表双向反射率ρbi可由下式得到：ρbi=Bi(Tg_i)-Bi(Tg0)Ris---(2)]]>其中，(Tg0-Tg_22)=a1+a2(Tg_22-Tg_23)+a3(Tg_22-Tg_23)2---(3)]]>Tg_i表示i通道的地表亮温，为无太阳直射辐射贡献时地表亮温，a1‑a3是回归系数，它们仅是太阳天顶角的函数，与地表参数和大气条件无关；所述步骤(B)中确定MODIS第22和23通道地表方向比辐射率的过程是：B1.根据RossThick‑LiSparse‑R核驱动模型，地表双向反射率可表示为：式中，kiso是各向同性散射系数，kvol是Roujean体散射核fvol的系数，kgeo是LiSparse‑R几何面散射核fgeo的系数，fvol和fgeo是都是观测天顶角θv、太阳天顶角θi和相对方位角的函数，利用步骤(A)中得到的至少三组地表双向反射率，便能拟合出系数kiso、kvol和kgeo；B2.根据基尔霍夫定律，对于局地热力学平衡的非透明地物，其方向比辐射率可以表示为：ε(θv)＝1‑πkiso‑kvolIfvol(θv)‑kgeoIfgeo(θv)        (5)式中，f的下标x表示vol和geo，利用拟合得到的核系数kiso、kvol和kgeo，便能计算得到MODIS第22和23通道的地表方向比辐射率；所述步骤(C)中确定地表温度的过程是：根据中红外大气辐射传输方程，利用大气参数数据和卫星传感器观测的辐射亮度数据，并结合步骤(A)和(B)中分别获取的中红外通道地表双向反射率和地表方向比辐射率，反演得到地表温度；实施方式为：在获取中红外地表双向反射率和方向比辐射率的基础上，根据中红外通道的大气辐射传输方程，结合普朗克函数的逆函数，即可求得中红外通道的地表温度Ts：Ts=Bi-1[Bi(Ti)-Ratm_i↑-Ratm_is↑τiϵi-(1-ϵi)(Ratm_i↓+Ratm_is↓)+ρbiRisϵi]---(6)]]>式中，B‑1表示为普朗克函数的逆函数，地表双向反射率ρbi和地表方向比辐射率εi可通过地表双向反射率反演模块和地表方向比辐射率反演模块得到；通过该方法的步骤实现了传感器白天测量的中红外遥感数据中反射辐射和发射辐射的有效分离，为中红外遥感数据的利用提供了技术支持；通过该方法的步骤实现了中红外遥感数据中地表温度的反演，为地表温度的遥感反演开辟了新的途径；该方法提出的利用中红外遥感数据确定地表温度的方法中，仅使用白天测量的中红外数据，有效地减少了遥感定量化研究中的误差来源，突破了以往使用白天/晚上数据、中红外和热红外相结合的地表温度遥感反演方法，提高了反演精度，实现新技术与创新研究的结合；该方法建立的利用中红外遥感数据确定地表温度的装置是通过地表双向反射率反演模块、地表方向比辐射率反演模块和地表温度反演模块来实现的，模块具有操作简单、实用性强、可扩展性强的特点。