DB43-T 2643-2023 南方地表高温遥感监测评估方法

ICS

07.060CCS

A47

43

DB

43/T

2643—2023前言...............................................................................

III1 范围..............................................................................

12 规范性引用文件....................................................................

13 术语和定义........................................................................

14 数据要求..........................................................................

25 地表温度反演方法..................................................................

26 评估指标..........................................................................

3附录

A（规范性） ....................................................

5附录

B（规范性） ....................................................

6参考文献.............................................................................

7DB

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2643—2023 本文件按照GB/T

1.1—2020

第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。本文件由湖南省气象局提出。本文件由湖南省气象标准化技术委员会归口。象干部培训学院湖南分院、常德市临澧县气象局。本文件主要起草人：韩沁哲、范嘉智、刘海磊、邵佳丽、袁小康、陈磊士、何炳伟、隋兵。IIIDB

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2643—20231范围本文件规定了南方地表高温卫星遥感监测评估的数据要求、地表温度反演方法和评估指标。本文件适用于气象、农业、水利等部门应用卫星遥感技术对南方地表高温的评估与研究等。2规范性引用文件文件。QX/T

气象卫星产品术语QX/T

极端高温监测指标3术语和定义下列术语和定义适用于本文件。亮度温度

temperature

of

brightness

blackbody基于红外通道辐射值，通过普朗克函数处理转换成的等效黑体温度。来源：[QX/T 250—2014,定义5.3]注：单位为开尔文（K）。地表温度（）Land

Surface

Temperature地表温度是指陆地最表层的热动力学温度，太阳的热能通过辐射到达地面后，一部分被地面吸收，0

cm温度）。过境时间

所采用遥感影像的卫星过顶时间。高温

最高气温大于或等于某一限定值的现象。来源：[QX/T 280—2015,定义2.5]极端阈值

threshold

value某统计量达到极端状况的临界值。极端高温采用第95百分位数作为极端阈值。来源：[QX/T 280—2015,定义2.3]气候标准期

climatological

standard

periodDB

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2643—2023用于计算局地气候状态的最近三个连续整年代。示例：1981-2010年为2011-2020年所使用的气候标准期。本标准由于卫星数据的时间序列局限性，因此取最近两个连续整年代2002-2021年。来源：[QX/T 280—2015,定义2.1]百分位数

percentile称为这一百分位的百分位数。来源：[QX/T 280—2015,定义2.2]城市热岛（）Urban

Island测的地表热岛（

Urban

Island），即利用热红外遥感反演的城区与郊区地表温度差值来表示。4 数据要求选择具有10.4μm～μm热红外测温波段（单通道或多通道）的卫星遥感影像。数据预处理步骤包括：a)

卫星数据的几何校正和辐射校正；b)

地图投影变换；c)

目标区云覆盖判识，数据异常值判别；d)

标记云干扰区和异常值区，然后剔除异常值像元。5 地表温度反演方法单通道算法将热红外测温波段反演的亮度温度与过境时间气象台站实测地表温度用最小二乘法进行线性回归，获得亮度温度𝑇𝑇𝑏𝑏与地表温度𝐿𝐿𝐿𝐿𝑇𝑇的计算公式。𝐿𝐿𝐿𝐿𝑇𝑇

=

𝑎𝑎0

+𝑎𝑎1𝑇𝑇𝑏𝑏

····································································式中：𝐿𝐿𝐿𝐿𝑇𝑇——地表温度；𝑎𝑎0，𝑎𝑎1——回归系数；𝑇𝑇𝑏𝑏——亮度温度。分裂窗算法将不同波段的亮度温度与过境时间气象台站实测地表温度用最小二乘法进行线性回归，获得热红外测温波段算法的地表温度𝐿𝐿𝐿𝐿𝑇𝑇计算公式。𝐿𝐿𝐿𝐿𝑇𝑇

=

𝑎𝑎0

+𝑎𝑎1𝑇𝑇𝑏𝑏1

+𝑎𝑎2𝑇𝑇𝑏𝑏2⋯+𝑎𝑎𝑛𝑛𝑇𝑇𝑏𝑏𝑛𝑛···················································式中：𝐿𝐿𝐿𝐿𝑇𝑇——地表温度；𝑎𝑎0，𝑎𝑎1，𝑎𝑎2，𝑎𝑎𝑛𝑛——回归系数；𝑇𝑇𝑏𝑏1，𝑇𝑇𝑏𝑏2，𝑇𝑇𝑏𝑏𝑛𝑛——各通道的亮度温度。最高地表温度计算

𝑁𝑁𝑌𝑌

×100%···································································DB

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𝑁𝑁𝑌𝑌

×100%···································································5.3.1极轨气象卫星影像处理步骤a)

按

4

b)

利用

5.1-5.2

地表温度反演方法，计算单时次地表温度；c)

卫星过境同时次的地表温度的回归模型；d)

利用回归模型和单时次地表温度计算日最高地表温度。5.3.2 静止气象卫星影像处理步骤a)

按

4

b)

利用

5.1-5.2

地表温度反演方法，计算逐小时地表温度；c)

逐格点计算当日地表温度最大值。6 评估指标日尺度的地表高温指标计算计算评估区域内最高地表温度≥45℃的像元数，然后除以有效值区域（非云、非异常值、非空值）的像元数，所得到的百分比值，定义为日尺度的地表高温评价指标𝐷𝐷。𝐷𝐷

=

𝑁𝑁𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇式中：𝐷𝐷 ——%；𝑁𝑁𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇——最高地表温度≥45𝑁𝑁𝑌𝑌 ——有效值区域（非云、非异常值、非空值）的像元数。月/年尺度的地表高温极端阈值计算利用百分位法建立月/年尺度的极端地表高温评价指标。月尺度地表高温极端阈值：采用一个气候标准期内（本标准取2002-2021年）逐日最高地表温度计95百分位数定义为月尺度极端地表高温的异常偏高阈值，取第80百分位数定义为月尺度极端地表高温的偏高阈值。年尺度地表高温极端阈值，采用一个气候标准期内（本标准取2002-2021年）逐日最高地表温度计95百分位数定义为年尺度极端地表高温的异常偏高阈值，取第80百分位数定义为年尺度极端地表高温的偏高阈值。评估指标6.3.1 日尺度卫星数据的地表高温等级划分将计算出的日尺度地表高温评价指标，划分为三个等级，并分别以黄色、橙色、红色表示。该指标适用于每年4-10月，云区面积百分比小于的情况下进行高温评估，便于发布当天的地表高温监测产品。10111239.343.545.353.259.461.261.662.560.056.547.337.562.8[39.341.7[43.545.0[45.347.5[53.255.3[59.461.2[61.261.9[61.663.7[62.564.1[60.061.3[56.560.5[47.350.5[37.538.7[62.864.141.745.047.555.361.261.963.764.161.360.550.538.764.1[35%55%[55%80%80%DB

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2643—2023表1 日尺度地表高温等级划分（单位：%）6.3.2表1 日尺度地表高温等级划分（单位：%）基于2002-20216.2用月/年地表高温最大值，对比以下阈值，确认月/年极端地表高温的等级。表2 月表2 月/城市热岛等级划分的计算方法见附录AB。UHIIUHII<-7.05.0[-7.0-5.0][-5.0-3.0](-5.0-3.0](-3.0-1.0](-3.03.0](-1.01.0](3.0(1.0(5.0(3.0>7.0>5.0𝑈𝑈𝑈𝑈𝑈𝑈𝑈𝑈𝑖𝑖

=

𝑇𝑇𝑖𝑖

−

∑1𝑛𝑛𝑈𝑈𝑈𝑈𝑈𝑈𝑈𝑈𝑖𝑖

=

𝑇𝑇𝑖𝑖

−

∑1𝑛𝑛𝑇𝑇𝑠𝑠𝑠𝑠𝑏𝑏

····························································(A.1)

附 录

A（规范性）城市热岛等级划分参考国家卫星气象中心发布的《城市热岛卫星遥感监测评估技术导则》，采用城市热岛强度指数（𝑈𝑈𝑈𝑈𝑈𝑈𝑈𝑈值，作为计算城市与郊区温差的背景，𝑈𝑈𝑈𝑈𝑈𝑈𝑈𝑈计算公式如下：1𝑛𝑛式中：𝑈𝑈𝑈𝑈𝑈𝑈𝑈𝑈𝑖𝑖为图像上第

i

𝑇𝑇𝑖𝑖是第

i

个像元地表温度；𝑛𝑛为郊区内的有效像元数；𝑇𝑇𝑠𝑠𝑠𝑠𝑏𝑏为郊区内的地表温度。为比较热岛程度，按不同时间尺度把地表城市热岛强度𝑈𝑈𝑈𝑈𝑈𝑈𝑈𝑈划分为7个等级：强冷岛、较强冷岛、弱冷岛、无热岛、弱热岛、较强热岛和强热岛，分别赋值为1、2、3、4、5、6和7，具体等级划分参见表3。表表

UHII

划分及含义UHPI[0(0.2(0.4(0.6(0.8100𝑇𝑇

∑1𝑛𝑛𝑊𝑊𝑖𝑖𝑈𝑈𝑖𝑖·····························································(B.1)DB100𝑇𝑇

∑1𝑛𝑛𝑊𝑊𝑖𝑖𝑈𝑈𝑖𝑖·····························································(B.1)

附录

B（规范性）区域城市热岛评估𝑈𝑈𝑈𝑈𝑈𝑈𝑈𝑈）定量评估区域城市热岛效应的强弱。𝑈𝑈𝑈𝑈𝑈𝑈𝑈𝑈是城市建成区内城区温度高于郊区温度的不同等级热岛强度的面积加权和，是反映区域内不同等级热岛强度与范围的一个综合定量指标，计算公式如下：𝑈𝑈𝑈𝑈𝑈𝑈𝑈𝑈

=

1式中：𝑚𝑚为热岛强度等级数；𝑖𝑖i为城区温度高于郊区温度等级序号；𝑖𝑖n𝑊𝑊为第i级的权重，取等级值；𝑈𝑈𝑖𝑖为第i级所占的面积百分比，数值为0～100。i𝑈𝑈𝑈𝑈𝑈𝑈𝑈𝑈值在0～之间，该值越大，热岛现象越严重。其值为0时，表明没有热岛现象，值为1时，iA定