基于劈窗算法的地表温度反演

1、基于劈窗算法的地表温度反演 汇报人： 学 院： 学 号： 研究理论 地表温度反演 通过热红外遥感反演地表温度的算法一般根据 热辐射方程 建立，若通过辐射传输 方程的方法直接计算地表温度，不仅需要剔除大气作用的影响，还需要考虑地表比辐 射的影响。 基于热红外通道建立的热辐射方程，除了大气参数需要估计外，地表的比辐射率 和地表温度都是未知的，故建立的方程数小于需求解的未知数，这就说明地表温度是 遥感反演中属于典型的“病态”的反演问题。 研究理论 劈窗算法 劈窗算法 利用1013m大气窗口内，两个相邻热红外通道（一般为10.5 11.5m、11.512.5m）对大气吸收作用的不同，通过两个通道测量值

2、的各种组合 来剔除大气的影响,进行大气和地表比辐射率的修正。 劈窗算法是最早是基于 AVHRR 数据，当然该方法通过一定的参数调整后同样适 于 MODIS 数据。 研究背景 参考文献 基于 Landsat-8 数据和劈窗算法的地表温度反演及城市热岛效应研究 作者：宋挺等 2014年10月 发表于环境监控与预警 研究背景 数据源 Landsat 8 OLI 数据： 3、4、5、6 波段 TIRS数据： 10、11 波段 MODIS数据 计算大气水分含量、大气透过率等参数 实测水温数据 用于精度和敏感性分析与评价 研究背景 数据源 Landsat-8（第 10和 11波段）与 MODIS热红外波段

3、（31 和 32 波段）数据对比 研究方法 工作流程 Landsat-8地表温度反演与热岛效应分级评价流程 研究方法 构建地表热辐射传输方程 大气上行 辐射 大气下行 辐射 地物反射的大 气下行辐射 同温黑体 出射度 地物出射度大气透射率 地表比 辐射率 基尔霍夫定律表明，地物地表辐射率等于其辐射吸收率 上行辐射 下行辐射 地物辐射 地物反射 研究方法 构建地表热辐射传输方程 研究方法 构建地表热辐射传输方程 定义系数，令： 将Landsat-8数据的10和11波段数据代入，即可得到一个方程组。 研究方法 构建地表热辐射传输方程 其中： 代入普朗克辐射函数线性展开式，得到如下反演地表温度公式，

4、即所要推导的劈 窗算法： 研究结果 无锡市地表温度反演 计算亮度温度、地表比辐射率、大气透过率等参数，通过无锡市Landsat-8数据反 演得到地表温度数据。 2014年3月16Landsat-8数据地温反演结果与MODIS地温产品对比 研究结果 无锡市地表温度反演 基于Landsat-8影像反演得出的LST与MODIS地温产品与实测数据比对结果 （单位：K） 方法重现 参数计算大气透过率 原文作者通过MODIS第2波段，第19波段数据反演大气水含量，再通过大气模拟 来确定大气透过率。 方法重现 参数计算比辐射率 作者研究区包含多种类型地物，需要借助决策树算法进行分类，再计算地表比辐 射率。

5、重现数据地物主要为森林及农作物，可以视为自然表面，求算地面比辐射率。 方法重现 参数计算比辐射率 基于Band4、5计算NDVI基于NDVI计算植被覆盖度 方法重现 参数计算比辐射率 基于NDVI计算植被温度比率（左）和土壤温度比率（右） 方法重现 参数计算比辐射率 基于植被覆盖度，植被/土壤温度比率计算Band10（左）和Band11（右）地表比辐射率 方法重现 参数计算辐射亮温 亮度温度（亮温） 是指辐射出与观测物体相等辐射量的黑体的温度。 计算公式为： 方法重现 参数计算辐射亮温 Band10 亮温Band11 亮温 方法重现 建立方程 根据计算的各项参数，建立劈窗算法方程，求算研究区地表温度。 总结讨论 总结与发现 结果表明，基于 Landsat-8 数据的劈窗算法误差1K，比MODIS温度产品更为接 近地面实测的水温数据。 文中进一步对劈窗算法涉及的关键输入参数( 大气水汽含量和地表比辐射率) 进行 了敏感性分析。结果表明，在正常的大气水汽含