GB∕T 43997.1-2024 地表温度热红外遥感反演 第1部分：单通道法

地表温度热红外遥感反演第1部分：单通道法2024-04-25发布2024-11-01实施国家市场监督管理总局IGB/T43997.1—2024 Ⅲ 12规范性引用文件 13术语和定义 14方法原理与适用条件 24.1方法原理 2 35反演流程和步骤 35.1操作流程 35.2反演步骤 4 6附录A(规范性)通道辐亮度与温度的关系 7A.1通道辐亮度与温度的转换方法 7A.2通道辐亮度对温度一阶偏导的计算方法 7附录B(规范性)多项式法系数确定方法 9附录C(规范性)不确定度评定方法 C.1地表温度的标准合成不确定度评估 C.2反演模型分量自身引起的地表温度不确定度评估 C.3大气参数分量引起的地表温度不确定度评估 C.4地表发射率分量引起的地表温度不确定度评估 C.5入瞳辐亮度分量引起的地表温度不确定度评估 C.6大气气溶胶分量引起的地表温度不确定度评估 Ⅲ12普朗克定律Planck'slaw黑体辐射定律blackbodyradiat描述给定温度下处于热平衡状态的黑体的光谱辐[射]亮度随波长或波数变化的函数关系的定律。-h-—普朗克常数，取值为6.62607015×10-34,单位为焦秒(J-s);c——光速，取值为2.99792458×10⁸,单位为米每秒(m/s);近地面空气温度surfaceairtemper4方法原理与适用条件…3e;(0.g观测天顶角θ和观测方位角φ上通道i的地表发射率；La.;——通道i的大气下行辐射，单位为瓦每平方米球面度微米[W/(m²srμm)]或瓦每平方米球面度负一次方厘米[W/(m²·srcm-1)];r;(θ)——观测天顶角0上通道i的大气透过率；L.;(0)——观测天顶角0上通道i的大气上行辐射，单位为瓦每平方米球面度微米[W/(m²srμm)]或瓦每平方米球面度负一次方厘米[W/(m²·srcm-¹)]。4.2适用条件采用单通道法反演地表温度，应满足以下条件：a)待反演像元所对应的传感器瞬时视场角内无云；b)待反演像元沙尘气溶胶的光学厚度小于0.3;c)传感器在8μm～14μm波长范围内至少有一个通道；d)待反演像元的通道地表发射率已知；e)传感器观测时刻前后1h内的大气温湿廓线已知，或大气柱总水汽含量和近地面空气温度已知，或大气柱总水汽含量已知。5反演流程和步骤5.1操作流程地表温度热红外遥感反演单通道法的操作流程见图1。图1地表温度热红外遥感反演单通道法流程图如果传感器的热红外通道数量大于1,应选取大气吸收最小(即大气透过率最大)且地表发射率较am..,(0)——大气透过率与大气柱总水汽含L(θ)——观测天顶角θ上通道i的大气上行辐射，单位为瓦每平方米球面度微米[W/b,(0)——大气上行辐射与大气柱总水汽含量和近地面空气温度之间的二元二次多项式拟cm.;——大气下行辐射与大气柱总水汽含量和近地面空气温度之间的二元二次多项式拟c)当未知同步大气温湿廓线，且仅已知大气柱总水汽含量时，采用一元二次多项式法[见公t(0)=az;(0)W²+ai(θ)W+ao;(θ) (7) 5L(θ)——观测天顶角θ上通道i的大气上行辐射，单位为瓦每平方米球面度微米[W/YZ₁——大气下行辐射与大气柱总水汽含量的一元二次多项式的二次项拟合系数，是通yi:——大气下行辐射与大气柱总水汽含量的一元二次多项式的一次项拟合系数，是通Yo;;——大气下行辐射与大气柱总水汽含量的一元二次多项式的常数项拟合系数，是通照观测天顶角的正割值sec(0)对公式(7)和公式(8)的拟合系数分别进行线性插值，获得像元对应观测角度下公式(7)和公式(8)的拟合系数，结合公式(9)的拟合系数，利用公式(7)~将入瞳辐亮度、地表发射率和5.2.3估算的大气透过率、大气上/下行辐射输入6b)根据不确定度传播律，计算地表温度的合成标准不确定度，合成标准不确定度计算方法按c)估算每个不确定度分量引起的地表温度不确定度，各分量的不确定度计算方法按C.2～C.67ar通道i的黑体辐亮度B;(T)对温度T的一阶B;(T)——温度为T的通道i的黑体辐亮度，单位为瓦每平方米球面度微米[W/(m²·sr9不确定度评定方法C.1地表温度的标准合成不确定度评估单通道法反演地表温度的数学模型按照公式(3)执行。根据不确定度传播律，假设地表温度不确定度来源之间不相关，地表温度标准合成不确定度可按公式(C.1)计算：ualg反演模型分量自身引起的地表温度不确定度；um—-大气参数分量引起的地表温度不确定度；ucms地表发射率分量引起的地表温度不确定度；umd入瞳辐亮度分量(包括仪器噪声和辐射定标不确定度)引起的地表温度不确定度；ua——大气气溶胶分量引起的地表温度不确定度。C.2反演模型分量自身引起的地表温度不确定度评估在使用公式(3)反演地表温度过程中，反演模型自身存在不确定度。反演模型分量自身引起的地表ualg——反演模型分量引起-通道i的黑体辐亮度对地表温度一阶偏导的倒数，可利用A.2计算；L,——通道i的大气上行辐射e,——通道i的地表发射率t;——通道i的大气透过率“——通道i的大气透过率估算模型的不确定度；ui——通道i的大气上行辐射估算模型的不确定度；ULdj—一通道i的大气下行辐射估算模型的不确定式(6)或公式(9)的模型不确定度。C.3大气参数分量引起的地表温度不确定度评估大气参数分量引起的地表温度不确定度计算方法如下。a)当选择辐射传输模拟法进行大气参数估算时，根据5.2.2所使用的大气温湿廓线的不确定度，在地表温度反演过程中，依据先验知识，将所使用的大气温湿廓线各层加入给定的特定分uam=E[(g(x,y)-g(x0,y)²|x,—L.raT。大气透过率、大气上行辐射和大气下行辐射对大气柱总水汽含量的一阶偏导计算见公公式(C.12)e₁——通道i的地表发射率uw——大气柱总水汽含量不确定度大气透过率、大气上行辐射和大气下行辐射对大气柱总水汽含量的一阶偏导计算见公 7)——通道ir——通道i的大气透过率地表温度反演模型[公式(3)]是大气气溶胶含量的隐式函数。根据公式(3)un—一大气气溶胶分量引起的地表温度不确定度Tsfut——仅考虑缺省的大气气溶胶类型和含量时反演的地表温度。[3]ISO/IECGuide98-3:2008Uncertaintyofuncertaintyinmeasurement(GUM:1995)[4]CristobalJ.,Jiménez-MunozperatureretrievalfromtheLandsatseriesthermalbandusingwatervapor[J].JournalofGeophysicalResearch-Atmospheres,2009,114,D08103.[5]Jiménez-MunozJCandSobrinoJAlandsurfacetemperaturefromremotesensingdata[J].JournalofAtmospheres,2003,108(D22),4688.[6]LiZ.-L.,TangB-H.,WuH.,etal.Satestatusandperspectives[J].RemoteSensingofEnvironment,20