基于辐射传输方程的Landsat数据地表温度反演教程

1、基于辐射传输方程的Landsat数据地表温度反演教程、数据准备Landsa8遥感影像数据一景，本教程以重庆市2015年7月26日的二行列号为128,049影像LC81280402016208LGN00为例。同时需提前查询影像的基本信息详见下表标识日期采集时问中心经度中心纬度LC81280402016208LGN002016/7/263:26:56106.1128830.30647注：基本信息在影像头文件中均可查询到，采集时间为格林尼治时间、地表温度反演的总体流程三、具体步骤1、辐射定标地表温度反演主要包括两部分，一是对热红外数据，二是多光谱数据进行辐射定标。1热红外数据辐射定标选择Radiom

2、etricCorrection/RadiometricCalibration。在FileSelection对话框中，选择数据LC81230322013132LGN02_MTL_Thermal,单击SpectralSubset选择ThermalInfrared110.9,fT开RadiometricCalibration面板。Sei131PLzt File:2：I1 E *匚E ： o：i_m L tv翼 Spetual RbSei k t Eacd写 fa jqhset:Them al Izafrtrsd £ (lOCDOJlifter of 15 ?elecT；ea： i-f &l

3、t;i_nTL +ii 洋etf" 之 H 6 上户皿 uhr oiat 1c'jihiciaLCh An lLttuj>1 i ail SubzEd r. ,：13 冏门 TTL T1X1 Pile inljriitl-.n加ct All%一U|Canttl台匕。保持默认1即可。Igiihr2多光谱数据辐射定标选择要校正的多光谱数据“LC81230322013132LGN02_MTL_MultiSpectral进行辐射定标。因为后续需要对多光谱数据进行大气校正，可直接单击ApplyFlaashSettings,如下列图。Ctlibratl?n Type Eadlanc

4、eOutput Interieave EIL ，Rediometric Calibrat onOutput Data Type Float注意与热红外数据辐射定标是的差ScqIc Fact or y 1。-Apply FLAASH £ettin&c异，设置后Scale factor值为0.1。学习文档仅供参考OtitputFllenemetDlsnlayresuli口KCFinrp2、大气校正本教程选择Flaash校正法。FLAASHAtmosphericCorrection,双击此工具，打开辐射定标的数据，进行相关的参数设置进行大气校正。注意：如果在多光谱数据辐射定标时Sc

5、alefactor值忘记设置，可在本步骤中打开辐射定标数时设置singlescalefaceorfi为0.1,假设已设置，则默认值为1即可。RadianceScaleFactorsReadarrayofscalefactorsClperband)fromASCIIfile.UsesinglescalefictorforallbandsSinglescslefactor1-000000OKrCancel3）设置输出FLAASH校正文件的路径，最优状态：路径所在磁盘空间足够大；4）中心点经纬度SceneCenterLocation自动获取；5）选择传感器类型：Landsat-8OLI；其对应的传感

6、器高度以及影像数据的分辨率自动读取；6）设置研究区域的地面高程数据；7）影像生成时的飞行过境时间：在layermanager中的Lc8数据图层右键选择ViewMetadata,浏览time字段获取成像时间；注：也可以从元文件“LC81230322013132LGN02_MTL.txt”中找到，具体名称：DATE_ACQUIRED=2013-05-12;SCENE_CENTER_TIME=02:55:26.6336980Z;8）大气模型参数选择：Sub-ArcticSummer根据成像时间和纬度信息选择；9）气溶胶模型AerosolModel:Urban,气溶胶反演方法AerosolRetrie

7、val：2-bandK-T；10）其他参数按照默认设置即可11）多光谱参数设置中,K-T反演选择默认模式：Defaults->Over-LandRetrievalstandard600:2100波谱响应函数：默认指向.ProgramFilesExelisENVI51classicfilt_funclandsat8_oli.sli把它重新指向：.ProgramFilesExelisENVI51resourcefilterfuncslandsat8_oli.sli注：这是因为ENVI5.1版本的一个小bug,即Classic中的L8的波谱响应函数不正确，另外一个一劳永逸的方法是：将“Exel

8、isENVI51resourcefilterfuncs”中的Landsat8_oli.sli和Landsat8_oli.hdr两个文件拷贝覆盖：”ENVI51classicfilt_func”中的两个文件。否则SWIR1波段大气校正后的结果全为00见下列图.spectraSettingsutf Lfd-rlcfli FH攵th *'bnl# Hu!lrc U1U力融)给氏州llac 也也e Silt Funtci 1； 曲Use了 C-jnectl<n, Tts 4llODTkAl工。 IT¥>dtrsn Ttesolut!. m 5* |Hui ter 6土 H

9、I£trc土 ，S k12）高级参数设置：根据内存大小设置TileSizeMb：100（8g物理内存）,其他参数默认即可，详细见下列图P-srMen-nalirLmWmrusrpurienta|hb.尸LA.ZenithXnle】的&(L口0IzlBLjthM喝】小口口口04OseI1LcdPracEssijiciehi111TileSizeEaCIIbte1i鸿en纯iaJ&五3日FuLlScentEe-eftn&S>-tSiLe-PtctimPorliai.ie|Ch4diemtgtSetJiKlaftcflSchLtFactnrIB。寸Jiutci

10、atliciLHy七T=ip_atefllieli'es盯OutputDiaEraztlcItln1"AT经过FLAASH校正的影像基本去除了空气中水汽颗粒等因子的影响，植被的波谱曲线趋于正常。3、地表比辐射率计算1植被覆盖度计算计算植被覆盖度Fv采用的是混合像元分解法，将整景影像的地类大致分为水体、植被和建筑，具体的计算公式如下：FV=(NDVI-NDVIS)(NDVIV-NDVIS)其中，NDVI为归一化差异植被指数，取NDVIV=0.70和NDVIS=0.00，且有，当某个像元的NDVI大于0.70时，FV取值为1；当NDVI小于0.00，FV取值为0。利用ENVI主菜

11、单->BasicTools->BandMath,在公式输入栏中输入：(b1gt0.7)*1+(b1lt0.05)*0+(b1ge0.05andb1le0.7)*(b1-0.05)/(0.7-0.05)b1:选择NDVI图像2地表比辐射率计算根据前人的研究，将遥感影像分为水体、城镇和自然外表3种类型。本专题采取以下方法计算研究区地表比辐射率：水体像元的比辐射率赋值为0.995，自然外表和城镇像元的比辐射率估算则分别根据下式进行计算：surface=0.9625+0.0614FV-0.0461FV2ebuilding=0.9589+0.086FV-0.0671FV2式中，surface

12、和ebuilding分别代表自然外表像元和城镇像元的比辐射率。利用ENVI主菜单->BasicTools->BandMath,在公式输入栏中输入：(b1le0)*0.995+(b1gt0andb1lt0.7)*(0.9589+0.086*b2-0.0671*b2*b2)+(b1ge0.7)*(0.9625+0.0614*b2-0.0461*b2*b2)b1：NDVI值；b2：植被覆盖度值。得到地表比辐射率数据。4、计算相同温度下黑体的辐射亮度值卫星传感器接收到的热红外辐射亮度值L人由三部分组成：大气向上辐射亮度Lt,地面的真实辐射亮度经过大气层之后到达卫星传感器的能量；大气向下辐射

13、到达地面后反射的能量。卫星传感器接收到的热红外辐射亮度值的表达式可写为辐射传输方程：LX=£s)+(1-£)L；-r+LT这里，e为地表辐射率，TS为地表真实温度，B(Ts)为普朗克定律推到得到的黑体在TS的热辐射亮度，t为大气在热红外波段的透过率。则温度为T的黑体在热红外波段的辐射亮度B(Ts)为：B(Ts)=L-L-t-(1)L；/t-£在NASA官网(：/)中输入成影时间以及中心经纬度,则会提供上式中所需要的参数。本专题输入的数据是重庆市地区2016年7月26日格林尼治时间时间03:26,平均气温32.601C,气压

14、961.841MP,相对湿度63.689%,Landsat8OLI影像，影像中心的经纬度为：30.30647N,106.11288E学习文档仅供参考重庆属中纬度夏季天气Yft：GIT Hour t?口16Ifmth: ff7Ifinme： 6Dfly： Latitude;2BJ6&4BLortgituda; l叱 7359* JJ FHw - 2T 脂Jtinteser lai.>lons 上* 2x 热rr丸, if 5i?3MUe atuoGPtkfiric profile for clocest-Lr3rHe二3二 fQT，痴小 srnu Trish caLculste &

15、#163;tnosyheric trznamissioR and upwelling radiancE：选择基于精确信息数U?b intcrr>cl3'ed ai cm spheric profile fcr given 1 or/lens »Usemid-latitudesunEDerstandardatEosEherefar-_ipperatmiisphETicprofi1e力!Landsat 8数据,波段10IT三七mid-1atirndrwinter宅十？indhdatirnsphrrcfor'upperIUseLandsat-8TIESBondIDBp

16、cctrRlrejDons匕airajU«eLdgidisat-7Bsd&spe：亡turi飞U=rLa：iJ片已l*SBsjjd&，11下亡Outputuijlyaurobptitf-rieprof11tj,douulcalLulaltradlaristaOptianal：5i_ir±'auC口口Ji11onsfHfW芮加RiT：©，Sizrler#ccudztzJir工dfeJrurfejtfJirfzTii?jitiejU。吕If为enfurumn而ti加r$-#2J先ltf讲mk也打。ju-州工rfbet?jr?fi?ri?rfJA

17、ltitude(kwl：|o351Pressuretiifc)：T56005TemperatureCC)：,3t02fteLaliveHunidity幅)：剧汹Resultsmilbrsent士口thefclJwrin三ddre:工三士Eiiail：CalcubltClear8Field；得到下列图参数图大气在热红外波段的透过率七为0.41,大气向上辐射亮度LM5.23W/(m2srm)大气向下辐射亮辐射亮度L功7.52W/（m2sr。仙m）利用ENVI主菜单->BasicTools->BandMath,在公式输入栏中输入:b2-5.23-0.41*1-b1*7,52/0.41*b

18、1b1:60m分辨率的地表比辐射率值；b2：表示热红外波段的辐射定标值。得到了温度为T的黑体在热红外波段的辐射亮度值。5、反演地表温度在获取温度为Ts的黑体在热红外波段的辐射亮度后，根据普朗克公式的反函数，求得地表真实温度Ts:Ts=K2/ln(K1/B(Ts)+1)对于landsat8,K1=774.8853W/(m2sr-内的2=1321.0789K。利用ENVI主菜单->BasicTools->BandMath,在公式输入栏中输入:1321.0789/alog774.8853/b1+1-273b1:温度为T的黑体在热红外波段的辐射亮度值。得到真实的地表温度值，单位是摄氏度。,口adi-»i?TrtcCmt*ctitnfiiiplym】口andOtrselA11?ithefL-Gffeu11Dh.Plod&lle二，3工总(Lnii-ptw-riC-nTrFft