[發(fā)明專利]一種同時(shí)確定地表窄波段和寬波段比輻射率的方法及裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210431019.2
• 申請(qǐng)日: 2012-11-01
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102901563A
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-01-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 唐伯惠;吳驊;唐榮林
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所
• 主分類號(hào): G01J3/42
• 分類號(hào): G01J3/42
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責(zé)任公司 11251
• 代理人: 賈玉忠;成金玉

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬遙感定量反演領(lǐng)域，特別涉及一種同時(shí)確定地表窄波段和寬波段比輻射率的方法及裝置。

背景技術(shù)

地表比輻射率作為地表自然物質(zhì)的固有屬性，受土地覆蓋類型，土壤水分，土壤有機(jī)質(zhì)，植被濃密程度和結(jié)構(gòu)、表面粗糙度和地表起伏等因素的影響，能夠指示地表的物質(zhì)組成，在地表分類、土壤形成和侵蝕，稀疏植被覆蓋與變化估算，巖床制圖和資源探測(cè)等方面都有重要的意義。除此之外，地表比輻射率在地表溫度的反演中扮演著重要的角色，沒(méi)有準(zhǔn)確的比輻射率就很難得到精確的溫度反演結(jié)果。當(dāng)?shù)乇頊囟确囱菥认蛑?K，甚至更高精度邁進(jìn)時(shí)，地表比輻射率的反演水平也需要向前挺進(jìn)。

地表比輻射率的反演是科學(xué)家公認(rèn)的一個(gè)病態(tài)問(wèn)題。從普朗克方程可以看出，某個(gè)波段接收到的輻射能是溫度和比輻射率的函數(shù)。因此，N個(gè)波段觀測(cè)的輻亮度，總有N+1個(gè)未知數(shù)（N個(gè)比輻射率和1個(gè)溫度），溫度和比輻射率始終耦合在一起，其中任何一個(gè)物理量的確定需要以另一個(gè)物理量的確定為前提。這種病態(tài)性成為了地表比輻射率反演的難點(diǎn)之一。雖然現(xiàn)有MODIS地表比輻射率產(chǎn)品已經(jīng)業(yè)務(wù)化生產(chǎn)，但是該產(chǎn)品也僅僅是在大氣窗口區(qū)間上6個(gè)波段在衛(wèi)星觀測(cè)方向上的窄波段地表比輻射率，而不是各種水熱平衡模型和陸面過(guò)程模型等所要求的地表寬波段比輻射率。迄今為止，還沒(méi)有一種切實(shí)可行的算法能夠?yàn)闅夂蛳到y(tǒng)模型提供地表寬波段比輻射率數(shù)據(jù)，這也是為什么目前各種氣候系統(tǒng)模型都將地表寬波段比輻射率值設(shè)為1或接近于1的常數(shù)的原因。由于地表比輻射率決定了地表長(zhǎng)波輻射大小，如果簡(jiǎn)單采用窄波段比輻射率替代寬波段比輻射率，長(zhǎng)波輻射的反演誤差可能達(dá)到100W/m²。由此可見(jiàn)，如何實(shí)現(xiàn)窄波段地表比輻射率向?qū)挷ǘ蔚乇肀容椛渎实霓D(zhuǎn)換是目前遙感反演需要解決的難點(diǎn)和熱點(diǎn)。

由于受測(cè)量?jī)x器的限制，現(xiàn)有的地物波譜庫(kù)中一般只測(cè)量了14μm以下的地物波譜，這在一定程度上阻礙了地表寬波段比輻射率的估算。為了實(shí)時(shí)高效的從衛(wèi)星數(shù)據(jù)中直接獲取地表3-14μm以及3-∞μm的寬波段比輻射率，解決地表比輻射率的反演技術(shù)本身涉及的病態(tài)核心問(wèn)題，發(fā)展一種地表寬波段比輻射率估算方法和裝置是本發(fā)明提出的初衷。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的技術(shù)解決問(wèn)題：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種同時(shí)確定地表窄波段和寬波段比輻射率的方法及裝置。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案：地表窄波段和寬波段比輻射率確定方法，實(shí)現(xiàn)步驟如下：

（A）．對(duì)中分辨率成像光譜儀（MODIS）數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，包括輻射定標(biāo)、大氣糾正、以及云掩膜等處理，獲取晴空條件下MODIS數(shù)據(jù)位于0.4-2.1μm大氣窗口區(qū)的可見(jiàn)光/近紅外波段地表反射率數(shù)據(jù)；

（B）．利用步驟A的反射率數(shù)據(jù)，結(jié)合建立的窄波段地表比輻射率反演算法，確定MODIS熱紅外光譜譜段第29（波譜范圍8.4-8.7μm）、31（波譜范圍10.78-11.28μm）和32（波譜范圍11.77-12.27μm）波段的窄波段地表比輻射率；

（C）．利用步驟B的窄波段地表比輻射率，結(jié)合建立的窄-寬波段比輻射率轉(zhuǎn)換模型，得到地表3-14μm以及3-∞μm的寬波段比輻射率。

所述步驟（A）中對(duì)中分辨率成像光譜儀（MODIS）數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的過(guò)程是：

（A1）根據(jù)MODIS提供的定標(biāo)系數(shù)，對(duì)MODIS遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行絕對(duì)輻射定標(biāo)，將影像灰度值轉(zhuǎn)換為輻射亮度；

（A2）利用快速大氣糾正模型（QUAC）和MODIS的云掩膜產(chǎn)品MOD35數(shù)據(jù)，完成MODIS遙感數(shù)據(jù)的大氣糾正和有云像元的掩膜處理，獲取MODIS數(shù)據(jù)位于0.4-2.1μm大氣窗口區(qū)的可見(jiàn)光/近紅外譜段的地表反射率數(shù)據(jù)。

所述步驟（B）中確定MODIS數(shù)據(jù)熱紅外光譜譜段29、31和32波段的窄波段地表比輻射率過(guò)程是：根據(jù)計(jì)算出的可見(jiàn)光/近紅外地表反射率數(shù)據(jù)，計(jì)算歸一化的積雪指數(shù)（NDSI）和歸一化的植被指數(shù)（NDVI），并結(jié)合MODIS的陸地/海洋掩膜數(shù)據(jù)，對(duì)像元進(jìn)行分類，分別分為水體像元，雪/冰像元和植被/裸土區(qū)像元三大類，分別得到所述比輻射率；

（B1）對(duì)于水體像元，利用ASTER波譜庫(kù)和UCSB波譜庫(kù)中測(cè)量的一些典型的水體波譜曲線，結(jié)合MODIS的第29、31和32波段的光譜響應(yīng)函數(shù)分別進(jìn)行卷積處理，獲得每個(gè)波段上比輻射率的平均值為0.984、0.992和0.987，最后將該三個(gè)值分別作為MODIS熱紅外光譜譜段29、31和32波段的比輻射率；