（高清版）GBT 41534-2022 地表温度遥感产品真实性检验

地表温度遥感产品真实性检验国家标准化管理委员会GB/T41534—2022前言 I引言 Ⅱ l2规范性引用文件 3术语和定义 4基本要求 25检验方法 25.1检验方法概述 25.2检验方法选择 25.3直接检验法 35.4间接检验法 56检验报告 96.1封面信息 96.2正文信息 96.3检验报告信息简表 附录A(规范性)点源尺度地表温度相对真值获取方法 附录B(资料性)非均质地表像元尺度地表温度相对真值获取方法 附录C(资料性)辅助数据的获取方法 附录D(资料性)地表温度遥感产品真实性检验不确定度误差来源分析 附录E(资料性)地表温度遥感产品真实性检验报告信息简表样例 参考文献 I本文件按照GB/T1.1—2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。本文件由中国科学院提出。本文件由全国遥感技术标准化技术委员会(SAC/TC327)归口。本文件起草单位：中国农业科学院农业资源与农业区划研究所、昆明理工大学、中国科学院地理科学与资源研究所、中国科学院空天信息创新研究院、北京师范大学、河北地质大学、国家卫星气象中心、中国科学院水利部成都山地灾害与环境研究所、北京大学、中国科学院大学、大连海事大学、西南大学。Ⅱ地表温度是地球表层系统过程中一个非常重要的特征物理量，它体现了陆地、海洋和大气之间相互作用的综合结果，是研究地表和大气之间物质和能量交换、全球海洋环流、气候变化异常等科学问题不可或缺的一个重要参数，涉及众多基础学科和重大应用领域。利用热红外遥感数据可反演出空间和时间连续的地表温度，在气候、农业、环境和灾害监测等领域具有重要应用价值。本文件针对地表温度遥感产品的真实性检验问题，结合国际上现有的各种地表温度产品真实性检验方法，全面、系统、深入地开展了地表温度遥感产品的真实性检验标准化研究，提出了地表温度遥感产品真实性检验方法和评价标准，使其在保证先进性的同时具有一定的可操作性和普适性，为地表温度遥感产品的精度评价和不确定度分析提供统一的标准，作为与地表温度遥感产品真实性检验相关的各行业共同标准，为推动我国对地观测技术的创新与发展提供技术支撑。本文件的发布机构提请注意，声明符合本文件时，可能涉及到附录A中A.3与“一种非接触式地表温度测定仪及方法(ZL201711179814.6)”相关的专利的使用。本文件的发布机构对于该专利的真实性、有效性和范围无任何立场。该专利持有人已向本文件的发布机构承诺，他愿意同任何申请人在合理且无歧视的条款和条件下，就专利授权许可进行谈判。该专利持有人的声明已在本文件的发布机构备案。相关信息可以通过以下联系方式获得：专利持有人：中国科学院地理科学与资源研究所，中国农业科学院农业资源与农业区划研究所。地址：北京市朝阳区大屯路甲11号。请注意除上述专利外，本文件的某些内容仍可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。1地表温度遥感产品真实性检验本文件规定了地表温度遥感产品真实性检验的基本要求、检验方法和检验报告。本文件适用于航空和航天遥感数据地表温度反演产品的真实性检验。2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。GB/T36296—2018遥感产品真实性检验导则GB/T39468—2020陆地定量遥感产品真实性检验通用方法3术语和定义GB/T36296—2018、GB/T39468-2020界定的以及下列术语和定义适用于本文件。亮度温度brightnesstemperature亮温在同一波长处，与热辐射体辐射亮度相同的黑体的温度。注：单位为开尔文(K)。地[球]表[面]温度surfacetemperature表征地[球]表[面]厚度等于穿透深度(范围0.1～10倍波长)的表皮的综合温度。注：遥感数据反演得到的地表温度是在遥感器获取的亮度温度的基础上消除了大气和发射率影响后的地表非同温混合像元的等效温度(即方向辐射计温度),包括陆地表面温度和海洋表面温度，单位为开尔文(K)。真实性检验validation通过独立方法评价待检遥感产品与客观实际的吻合程度并分析其不确定度的过程。对于给定的目的，可用其来代替真值的值。注：通常，对于给定的目的，由于相对真值和真值充分接近，故认为相对真值和真值的差可忽略。[来源：GB/T36296—2018,3.4,有修改]准确度accuracy测试结果或测量结果与真值间的一致程度。2不确定度uncertainty表征被测量值分散性，与测量结果相联系的非负参数。注：定量说明了测量结果的质量，可用以指示测量结果的可信性、有效性的怀疑程度。4基本要求地表温度遥感产品真实性检验应符合GB/T36296—2018中第7章的规定，并符合以下要求：a)参考对象的选取宜考虑不同下垫面、不同气候条件，且应有较长的时间序列(大于或等于一年);b)参考对象地表温度值应具有较大的动态取值范围，包含高温(310K)、中温(290K)和低温c)当待检验对象和参考对象之间存在空间尺度差异时，应获取与待检验对象空间尺度一致的地表温度相对真值后再进行真实性检验；d)检验过程宜同时考虑地类差异、昼夜差异和季节差异等，分层次地给出地表温度遥感产品的准确度和不确定度；e)当待检验对象中异常值较大(方差大于3o)或较多(大于样本数的1/3)时，可用中值代替均值来表示待检地表温度遥感产品和参考地表温度遥感产品间的准确度和不确定度；f)采用多种检验方法进行地表温度谣感产品真实性检验时，应根据不确定度来源的分析，依次确定各检验方法的可靠性。5检验方法5.1检验方法概述地表温度遥感产品真实性检验的方法共有四种，包括直接检验法，间接检验法中的交叉检验法、正向模型仿真检验法和时空变化趋势分析检验法，具体各方法的界定如下：a)直接检验法是直接利用载荷过境时刻的地面同步或准同步实测数据对地表温度遥感产品进行检验与评估的方法，主要用于给出地表温度遥感产品的准确度和不确定度的统计指标；b)交叉检验法是通过与精度已知的参考地表温度遥感产品的比对分析，间接对待检验的地表温度遥感产品进行检验与评估的方法，并给出待检验地表温度遥感产品和参考地表温度产品间的准确度和不确定度的统计指标；c)正向模型仿真检验法是通过与入瞳处载荷仿真模拟值的比对分析，间接对待检验的地表温度遥感产品进行检验与评估的方法，并给出待检验地表温度遥感产品的准确度和不确定度的统计指标；d)时空变化趋势分析检验法是通过对待检地表温度遥感产品的时空变化特征和趋势进行分析，间接对地表温度遥感产品进行检验与评估的方法，并给出待检验地表温度遥感产品的准确度和不确定度的统计指标。5.2检验方法选择在地表温度遥感产品真实性检验的实施过程中，应根据检验条件的差别，选择合适的检验方法：a)当存在质量可靠，且具有代表性的像元尺度地表温度观测数据时，采用直接检验法；3b)当缺乏或者难以获取像元尺度地表温度观测数据，但存在或者可获取质量可靠，且具有代表性的像元尺度地表发射率数据和大气廓线数据时，采用正向模型仿真检验法；c)当缺乏地面观测数据，但存在其他质量可靠的地表温度遥感产品时，选择交叉检验法；d)当同时缺乏地面观测数据和其他质量可靠的地表温度遥感产品时，选择时空变化趋势分析检验法。5.3直接检验法5.3.1实施条件和要求直接检验法的实施条件和要求如下：a)应具备地表温度数据采集条件，且载荷过境时刻晴空无云，风力应小于4级；b)验证场地应具有大于(3×3)个载荷像元对应的地面面积，验证场地的地表类型均质或者地表类型简单且分布已知的非均质地表；c)验证场应相对地势平坦，对于具有一定三维结构的地类，如稀疏植被和垄状分布的农田等，宜考虑载荷过境时刻太阳导致的阴影效应；d)样本应选择温度空间变异性(标准差)不高于0.5K的均一地表，例如湖面、海面、茂密植被区等；e)样点布设的地表温度采集仪器观测精度高且稳定，周边无明显影响数据采集的大目标遮挡物；f)地表温度测量宜采用全自动方式，并应配套采集其他辅助数据，包括大气下行辐射数据和地表发射率；其中，大气下行辐射数据应同步采集，地表发射率的测量时刻宜接近真实性检验时刻，且宜考虑地表发射率的时效性，样本不应发生降雨或者林火等改变发射率数值的事件；g)地表温度的时间采样间隔应小于1min;特殊情况下，地表温度观测时间与载荷数据获取时间的最大差值不应超过30min;h)地表温度采集仪器应进行定标，且能溯源到国际单位制参考标准；定标精度的分析结果应包括在真实性检验报告中；i)对于短期(小于6个月)的真实性检验，地表温度采集仪器在试验前后都应进行定标；对于长期的真实性检验，红外辐射计应周期性(1次/6月)的进行辐射定标；j)宜同步观测气温、气压、风和湿度等常规气象要素，以配合选择真实性检验的有效数据。5.3.2空间异质性分析和空间抽样方法空间异质性分析和空间抽样方法如下：a)空间异质性的分析宜考虑高空间分辨率的地表温度遥感产品或者其他辅助参量的空间分布特征，例如植被覆盖度或者归一化植被指数等，按照GB/T39468—2020中4.2的规定来确定样本的异质性；b)对于均质地表，应按照GB/T39468—2020中4.3.1a)的规定选择随机抽样方法或系统抽样方法，开展地面数据采集；c)对于非均质地表，宜考虑地表类型差异以及阴影的分布状况，将样点细分为若干相对均质的子区域(端元),并按照GB/T39468—2020中4.3.1b)的规定选择分层抽样方法，对每个端元开展地面数据采集。5.3.3地表温度相对真值的获取方法地表温度相对真值的获取方法如下：a)点源尺度地表温度相对真值的获取：按照5.3.2的规定，在样点上按照附录A的规定获取点源4尺度地表温度相对真值；设备采集的数据代表了观测视场角内的离地辐射，需结合配套的辅助设备获取所需的地表温度；b)像元尺度地表温度相对真值的获取：考虑样本的异质性状况，并结合点源尺度获取的地表温度相对真值来获取；对于均质地表，可直接采用单个采样点获取的地表温度来表示，也可采用多个采样点获取的地表温度的平均值来表示；对于非均质地表，应采用空间尺度扩展的方法(例如：面积加权平均法或者陆面过程模型法等)来确定像元尺度地表温度相对真值，具体方法见附录B。注：地表温度相对真值获取过程中所涉及的配套辅助数据的获取方法见附录C。检验流程应符合GB/T36296—2018中8.1的规定，主要操作流程见图1,具体步骤如下：a)验证场地选择：按照5.3.1的要求确定验证场地；b)地表空间异质性分析：按照5.3.2a)的规定，利用地表温度采集仪器分析验证场里待检验遥感像元的地表空间异质性；c)地表温度相对真值的获取：结合地表空间异质性分析结果，按照5.3.3的规定，分别获取点源尺度相对真值和像元尺度相对真值；d)时空一致匹配点数据获取：根据待检验地表温度遥感产品的获取时间和位置，选择对应的地面实测的像元尺度地表温度的相对真值；e)准确度评价：在像元尺度上，按GB/T36296—2018中6.1的准确度评价指标，定量表达地表温度遥感产品的准确度，准确度评价指标至少应包括均方根误差、相关系数；f)不确定度分析：在像元尺度上，不确定度的来源分析见附录D和GB/T39468—2020中第6章，按GB/T36296—2018中6.2规定的不确定度评价指标定量表达地表温度遥感产品的不确定度，不确定度评价指标至少应包括标准差。验证场地选择验证场地选择地表空间像元尺度：时空一致匹配点数据获取准确度评价不确定度分析点源尺寸待检验地表温度遥感产品图1直接检验法操作流程图5交叉检验法的实施条件和要求如下：a)应具备精度已知的其他来源的地表温度遥感产品作为参考对象，且其包括完备的产品描述、云和质量控制等标识；b)待检验和参考对象获取的地表温度产品应在时间、空间和观测天顶角上存在一定交集；c)同一地理位置筛选出的交叉验证的匹配点对应的观测天顶角不应大于45°,且应具有相似的观测条件，例如待检验和参考载荷的观测天顶角差异小于10°,观测时间差异小于10min;d)参考载荷和待检验载荷的空间分辨率有差异，且系统几何定位精度可能不准确时应进行像素聚合处理，将二种载荷反演的地表温度遥感产品重采样至更低一级的空间分辨率。检验流程应符合GB/T36296—2018中8.2.1的规定，主要操作流程见图2,具体步骤如下：a)数据提取：首先根据云掩模和质量标识，提取出待检验地表温度产品和参考地表温度产品具有较高质量的地表温度数据、坐标位置数据、观测天顶角数据以及观测时间数据；b)空间聚合判断：根据待检验地表温度产品与参考地表温度产品的空间分辨率以及系统几何定位精度，判断是否进行空间聚合；c)空间聚合：如果待检验地表温度产品和参考地表温度产品的空间分辨率不一致，或者待检验地表温度产品的系统几何定位精度低于参考地表温度产品的空间分辨率时，则应对分别从待检验和参考地表温度产品提取出来的地表温度数据、坐标位置数据、观测天顶角数据、观测时间数据进行空间聚合处理，如采用算数平均法；d)匹配点筛选：挑选出观测天顶角不大于45°,且具有相似的观测条件的匹配点，如观测天顶角差小于10°,观测时间差小于10min;e)准确度评价：按照5.3.4e)的要求评价准确度；f)不确定度分析：在像元尺度上，按GB/T36296—2018中6.2的不确定度评价指标，同时考虑参考地表温度产品的质量控制标识，定量表达地表温度遥感产品的不确定度，不确定度评价指标至少应包括标准差。6待检验地表温度待检验地表温度遥感产品数据是取否准确度评价不确定度分析参考地表温度遥感产品空问聚合图2交叉检验法操作流程图5.4.2正向模型仿真检验法正向模型仿真检验法实施条件和要求如下：a)应具备地表发射率和大气廓线数据采集条件，且载荷过境时刻晴空无云；b)场地的地表类型应简单且分布已知；c)应利用相关仪器直接采集大气廓线，其中大气廓线与待检验地表温度遥感产品两者获取的时间间隔不应超过10min,两者距离的空间位置不应超过10km;d)宜考虑地表类型差异，采集不同地类的发射率，像元尺度地表发射率为不同地类发射率的面积加权值；e)地表发射率的采集时刻宜接近载荷过境时刻，且宜考虑地表发射率的时效性，样区不应发生降雨或者林火等改变发射率数值的事件；f)宜同步观测气温、气压、风和湿度等常规气象要素，以配合选择真实性检验的有效数据；g)应对大气廓线的适用性进行质量评估，例如通过比较具有不同吸收特征的相邻两通道的实测亮度温度与模拟仿真亮度温度之间的亮温差值来判断大气廓线的可靠性；h)应在真实性检验报告中明确检验所用的大气辐射传输模型的模式，即逐线积分模式或者谱带模式。5.4.2.2像元尺度地表温度相对真值的获取方法利用成熟的大气辐射传输模型，将待检验地表温度遥感产品、采集的载荷过境时刻大气廓线数据、地表发射率、卫星观测角度以及通道响应函数作为正向仿真模拟的输入参数，模拟出大气层顶载荷入瞳处的亮度温度。通过比对模拟仿真值与载荷实际观测值，如有差异则不断调整输入的地表温度值，循环迭代，直到两者一致，调整后的最终地表温度则是像元尺度地表温度的相对真值。具体计算过程见注：地表温度相对真值获取过程中所涉及的其他辅助数据的获取方法见附录C。7地表发射率地表发射率大气廓线数据E星观测角度通道响应函数待检验地表温度遥感产品创值地表温度否是否相等是像元尺度地表温度的相对真值观测的大气层顶载荷入瞳处亮温模拟的大气层顶载荷入瞳处亮温大气辐射传输模型图3基于正向模型仿真检验法的像元尺度地表温度相对真值确定示意图检验流程应符合GB/T36296—2018中8.2.2的规定，主要操作流程见图4,具体步骤如下：a)像元尺度地表温度相对真值获取：采集载荷过境时刻大气廓线和地表发射率，利用成熟的大气辐射传输模型，按照5.4.2.2的规定，获取像元尺度的地表温度相对真值；b)大气廓线适用性评估：通过比较实测亮度温度与模拟仿真亮度温度之间在具有不同吸收特征的两相邻通道的亮温差的差值来判断大气廓线的可靠性，如果亮温差的差值小于给定的阈值，如0.3K或者0.5K,则大气廓线能准确代表载荷过境时刻的大气状况；c)时空匹配数据选择：根据大气廓线适用性评估的结果，删除大气廓线无法准确表达载荷过境时刻的数据，从待检验地表温度遥感产品和像元尺度地表温度相对真值中选择对应的时空匹配数据；d)准确度评价：按照5.3.4e)的要求评价准确度；e)不确定度分析：按照5.3.4f)的要求分析不确定度。8像元尺度地表温度像元尺度地表温度相对真值获取待检验地表温度遥感产品大气廓线适用性评估时空匹配数据选择准确度评价不确定度分析图4正向模型仿真检验法操作流程图5.4.3时空变化趋势分析检验法时空变化趋势分析检验法的实施条件和要求如下：a)具备不同区域或者全球范围的待检验地表温度遥感产品，或者具备长时间序列的待检验地表温度遥感产品；b)具备待检验地表温度遥感产品时空变化趋势的先验知识，或者具备与待检验地表温度有相同时间或者空间尺度，有一定相关性，且质量有保障的其他地表特征参数，如空气温度、植被指检验流程应符合GB/T36296—2018中8.2.3的规定，主要操作流程见图5,具体步骤如下：a)时空变化趋势分析：分别对待检地表温度遥感产品和对应的地表温度影响因子(如空气温度、植被指数和叶面积指数等)进行时间变化或空间变化趋势分析，可按GB/T36296—2018中8.2.3的规定，在一定时空范围内获取它们的时空变化规律；b)变化趋势比对：将分析获得的地表温度遥感产品的时空变化规律与地表温度遥感产品的时空变化趋势的先验知识，或者与地表温度影响因子的时空变化规律相比较，分析待检验地表温度遥感产品时空分布趋势的合理性；c)准确度评价：按照5.3.4e)的要求评价准确度；d)不确定度分析：不确定度的来源分析见GB/T39468—2020中第6章，按GB/T36296—2018中6.2的不确定度评价指标，定量表达地表温度遥感产品的不确定度，不确定度评价指标至少应包括标准差。9待检验地表温度待检验地表温度遥感产品时空变化趋势分析地表温度的时空变化趋势影响因子的时空变化趋势变化趋势比对不确定度分析地表温度的影响因子图5时空变化趋势分析检验法操作流程图6检验报告检验报告封面应包括以下信息：a)检验报告编号；b)检验报告名称；c)检验负责人；d)检验核对人；e)检验签发人；f)检验单位；g)送检单位；h)检验时间。6.2正文信息6.2.1待检验地表温度遥感产品概述对待检验的地表温度遥感产品进行描述，宜包括：a)产品的数据源、时空覆盖范围、时空分辨率、投影方式以及产品的适用性；b)产品主要算法以及算法的优缺点。6.2.2参考对象描述根据确定的检验方法和收集到的数据，对作为参考对象的验证数据集进行描述，宜包括：a)验证数据集的常规信息，包括名称、时空覆盖范围、时空分辨率、观测站点的情况(如经纬度、海b)验证数据集的处理与质量控制；c)验证数据集的适用性。6.2.3检验方法及流程对采用的检验方法和检验过程进行描述，宜包括：a)检验方法概述；b)检验流程；c)检验中的注意事项；d)检验结果的评价指标；e)检验过程的记录要求；f)检验结果的存档。6.2.4真实性检验结论描述对真实性检验的评价结果进行描述，宜包括：a)真实性检验结果总体评价：描述所检验地表温度产品的总体精度；b)分项指标评价与误差原因分析：描述所检验地表温度产品在不同区域和不同时间的准确度，对比分析误差产生原因；c)分析检验过程中的不确定度：包括地面观测仪器误差、空间代表性或尺度转换误差、图像空间配准误差等；d)对产品的评价与建议：通过对各项指标的评价和分析，给出所检验地表温度产品中存在的误差，并提出修改完善建议等。对地表温度遥感产品真实性检验过程中的非常规问题进行说明与描述。6.3检验报告信息简表待检验地表温度遥感产品的检验报告信息简表的编制见GB/T36296—2018附录E。中的附录D,样例见GB/T41534—2022(规范性)点源尺度地表温度相对真值获取方法A.1基于红外辐射计的获取方法红外辐射计通过探测某一特定方向的离开物体表面的红外辐射，并结合地表发射率和大气下行辐射，实现目标物表面温度的获取。红外辐射计的观测波长范围一般为热红外谱段较窄的大气窗口区，例如9.6μm～11.5μm或者8μm～14μm。观等。基于红外辐射计的点源尺度的地表温度按公式(A.1)估算：STgod=B7¹{[Lgomd.;—(1-e;)·Ldown.;]/e;}………………(A.1)式中：STgound获取的点源尺度地表温度，单位为开尔文(K);B-¹——普朗克函数对应窄波段i的逆函数；Lgmd.;——红外辐射计测量获取的窄波段i的红外辐射亮度，单位为瓦每平方米球面度微米[W/(m²·sr·μm)];e;——窄波段i的地表发射率；Lawn;——对应的窄波段i的大气下行和周围环境下行的辐射亮度，单位为瓦每平方米球面度微米[W/(m²·sr·μm)]。A.2基于长波辐射表的获取方法长波辐射表通过探测半球出射的离开物体表面的长波辐射能，并结合地表发射率和大气下行长波辐射照度，实现目标物表面温度的获取。长波辐射表的观测波长范围一般为较宽的长波区，例如3.5μm～50μm。观测视场范围随仪器架设的高度变化，一般为10m～100m不等。基于长波辐射表的点源尺度的地表温度按公式(A.2)估算：STgomd={[Rgd-(1-ε)·Raown]/(e·o)}14……(A.2)式中：Rgumd——长波辐射表测量获取的宽波段的目标表面上行长波辐射照度，单位为瓦每平方米(W/m²);e——宽波段的地表发射率；Rawn—-长波辐射表测量获取的宽波段的大气下行长波辐射照度，单位为瓦每平方米(W/m²);σ——是斯特藩-玻耳兹曼常数，取值为5.670374419×10-8W/(m²·K⁴)。A.3结合红外辐射计与长波辐射表的获取方法利用红外辐射计获取某一特定方向的离开物体表面的红外辐射，同时利用长波辐射表获取大气下行长波辐射照度，并利用经验统计关系进行红外辐射计和长波辐射表的光谱匹配，结合地表发射率来实现目标物表面温度的获取。结合红外辐射计与长波辐射表的点源尺度的地表温度按公式(A.3)估算：………………(A.3)其中ST₁见公式(A.4),ST2见公式(A.5),La,.;¹见公式(A.6),Lap,;²见公式(A.7):GB/T41534—2022ST₁=B;¹{[Lgoumd.;—(1-∈max)·(a·Raown+b)]/emx}………………(A.4)ST₂=B₇¹{[Lgomd.;—(1-Emin)·(a·Rawn+b)]/emi}………………(A.5)式中：ST₁——按照窄通道内最大地表发射率设定的地表温度参考锚点值，单位为开尔文(K);ST₂——按照窄通道内最小地表发射率设定的地表温度参考锚点值，单位为开尔文(K);Lap.;¹——对应地表温度参考锚点值ST₁的地表离地辐射亮度参考锚点值，单位为瓦每平方米球面度微米[W/(m²·sr·μm)];Lap²——对应地表温度参考锚点值ST₂的地表离地辐射亮度参考锚点值，单位为瓦每平方米球面度微米[W/(m²·sr·gm)];Rwn——长波辐射表测量获取的宽波段的大气下行长波辐射照度，单位为瓦每平方米(W/m²);a——长波净辐射表宽波段的辐射照度转换至对应红外辐射计窄波段i的辐射亮度的斜率；b——长波净辐射表宽波段的辐射照度转换至对应红外辐射计窄波段i的辐射亮度的截距；窄波段内的地表发射率最大值；Emin——窄波段内的地表发射率最小值；λ₁——红外辐射计窄波段通道响应函数的起始波长，单位为微米(μm);λ₂——红外辐射计窄波段通道响应函数的截止波长，单位为微米(μm);ex——窄波段内在波长λ处的地表发射率；B₂波长λ处的普朗克函数；f(λ)——红外辐射计窄波段的通道响应函数。GB/T41534—2022(资料性)非均质地表像元尺度地表温度相对真值获取方法B.1面积加权平均方法对于非均质地表，宜考虑地表类型差异以及阴影的分布状况，结合高空间分辨率的遥感产品(如叶面积指数、植被覆盖度和地面反射率等)或者热像仪等设备获取的高空间分辨率的地表亮温数据，将样区细分为若干相对均质的子区域(端元),采用分层抽样方法在不同端元采集点源尺度地表温度相对真值以及对应的地表发射率，通过面积加权的方式获取像元尺度的等效辐射亮度以及等效地表发射率，最后反算出像元尺度的地表温度相对真值，按公式(B.1)估算：……(B.1)式中：B₄¹——普朗克函数在波长λ处的逆函数；N——端元的个数；ex;——第i个端元在波段λ处的地表发射率；STmd./——获取的第i个端元的点源尺度的地表温度相对真值，单位为开尔文(K);S;——归一化后的端元组分比率；<εa>—-在波段λ处像元尺度等效的地表发射率，按公式(B.2)估算：…………(B.2)B.2陆面过程模型法陆面过程模型具有严格物理机理，能够将陆气之间能量、水分和碳交换有机耦合在一起，准确的描述控制陆地表面发生的各种动量、热量及水分等交换的过程。通过实测的地面局地大气强迫数据(如大气温度、相对湿度、地表风速、地表短波辐射和地表长波辐射等),并结合高空间分辨率的遥感产品(如叶面积指数、植被覆盖度和地面反射率等),驱动陆面过程模型即可对单个像元内不同地类的温度进行表征，由此就可结合面积加权平均的方法获取像元尺度地表温度的相对真值。在采用陆面过程模型法对像元尺度地表温度相对真值进行估算的时候，首先需要对陆面过程模型进行率定，以保证其模拟各个端元地表温度的准确性。(资料性)辅助数据的获取方法C.1地表发射率地表发射率的获取方法主要包括以下三种：a)实验室测量：如根据能量守恒定律及基尔霍夫定律，将已知强度的辐射能投射到被测的不透明样本表面上，并用积分球反射计测出表面反射能量，即可求得样本的反射率，进而计算发射率；b)外场单盖或双盖发射率箱体法：如通过箱体盖子的打开或者关闭的方式来改变环境辐射，利用多次观测(二次测量或者四次测量)构建的方程组来直接求解发射率；c)多光谱或者高光谱地表温度和发射率分离法：如基于目标发射率波谱形状建立发射率关系模型以增加方程个数，利用多光谱或者高光谱观测数据，实现地表温度和发射率的分离，进而获取地表发射率。第一种方法对样本结构进行了破坏，会导致一定的不确定度，宜优先选择第二种或者第三种方法。C.2大气下行辐射亮度大气下行辐射亮度的获取方法主要包括以下三种：a)外场采用架设红外辐射计的方法，其观测天顶角为近似53°;b)外场采用反射率已知的漫反射板的方法，通过同步测量漫反射板的温度，结合辐射传输模型反算大气下行辐射亮度；c)采用大气再分析数据(如：欧洲中期天气预报中心，EuropeanCentreforMedium-RangeWeatherForecasts,ECMWF或者美国气象环境预报中心，NationalCentersforEnvironmentalPrediction,NCEP等)或者大气廓线数据，通过辐射传输模型进行估算。对于长期的真实性检验，宜采用第一种和第三种方法；对于晴空无云以及半球无遮挡的情况，三种方法获取的大气下行辐射亮度精度相当。其他情况下，由于第三种方法存在一定不确定度，因此优先采用第一种或者第二种方法。C.3大气下行长波辐射照度大气下行长波辐射照度的获取方法主要包括以下三种：a)外场对着天空架设长波辐射表直接进行测量；b)采用大气再分析数据(如：ECMWF或者NCEP等)或者大气廓线数据，通过辐射传输模型进行估算；c)采用外场气象台站测量的大气温度和大气湿度进行估算。对于晴空无云以及半球无遮挡的情况，三种方法获取的大气下行辐射精度相当。其他情况下，由于后两种方法存在一定不确定度，因此优先采用第一种方法。C.4大气廓线大气廓线的获取方法主要包括以下三种：a)利用无线电探空仪直接进行采集；b)利用热红外高光谱仪或微波辐射计对天进行观测，通过反演的方法获取；c)通过提取大气再分析数据的方法获取，其中大气再分析数据可以选择ECMWF或者NCEP等。第三种方法存在一定的不确定度，在条件允许的情况下优先选择第一种或者第二种方法。(资料性)地表温度遥感产品真实性检验不确定度误差来源分析在地表温度遥感产品真实性检验的各环节中都有不确定度被引入，宜考虑空间、时间和角度的一致性，需要在检验结果中对以下不确定度进行分析。a)仪器不确定度：表征了仪器的不确定程度，可使用黑体对仪器进行定标，并确定其不确定度。b)点尺度测量不确定度：表征了样点测量的不确定程度。可通过数值分析的方式，分析操作人员的不同、测量环境的变化以及测量步骤的差异所导致的误差，确定其不确定度，并通过遵循标准化测量规范予以减弱。c)空间不确定度：表征了几何位置配准以及空间异质性共同决定的不确定程度，数值大小随数据预处理中几何校正精确程度和空间均匀性程度而不同，可通过几何精校正和选择均匀验证场地予以控制。d)