[發明專利]一種利用中國風云三號衛星遙感數據確定地表溫度的方法及裝置

有效

• 申請號: 201611052292.9
• 申請日: 2016-11-24
• 公開（公告）號: CN106778516B
• 公開（公告）日: 2020-02-21
• 發明（設計）人: 唐伯惠
• 申請（專利權）人: 中國科學院地理科學與資源研究所
• 主分類號: G06K9/00
• 分類號: G06K9/00;G01J5/00
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 楊學明;顧煒

本發明公開了一種利用中國風云三號衛星遙感數據確定地表溫度的方法及裝置，包括：步驟(A)、利用中國風云三號衛星的可見光與近紅外通道數據，結合發展的地表發射率確定方法獲得地表發射率；步驟(B)、利用中國風云三號衛星熱紅外通道數據，結合發展的協方差與方差比方法確定大氣可降水汽含量；步驟(C)、利用步驟(A)和步驟(B)分別得到的地表發射率和大氣可降水汽含量，結合發展的地表溫度遙感反演方法直接從風云三號衛星觀測的熱紅外通道數據中反演地表溫度。本發明有效地實現了中國風云三號衛星數據的地表溫度定量遙感反演。

技術領域

本發明屬于遙感定量反演的技術領域，特別涉及一種利用中國風云三號衛星遙感數據確定地表溫度的方法及裝置。

背景技術

地表溫度在地-氣相互作用過程中扮演著十分重要的角色，是全球變化研究的關鍵參數之一，對水文、生態、環境和生物地球化學等研究有非常重要的意義，并且在農業氣象、熱慣量計算等方面也有重要的應用價值。地表溫度的定量遙感反演對推動旱災預報和作物缺水研究、農作物產量估算、數值天氣預報、全球氣候變化和全球碳平衡等領域的研究起著非常重要的作用。

風云三號(FY-3)氣象衛星是我國新一代的極軌氣象衛星，它是在FY-1氣象衛星技術基礎上的發展和提高，在功能和技術上都向前跨進了一大步。FY-3衛星的目標是獲取地球表面和大氣環境的全球、全天候、多光譜、三維、定量的遙感資料。FY-3A衛星上搭載的可見光紅外掃描輻射計(VIRR)有10個1公里空間分辨率的光譜通道，其中既有高靈敏度的可見光通道，又有三個紅外大氣窗區通道，主要用途是監測全球云量，判識云的高度、類型和相態，探測海洋表面溫度，監測植被生長狀況和類型，監測高溫火點，識別地表積雪覆蓋，探測海洋水色等。

在地表溫度反演中，由于地表發射率是解決地表自身發射輻射和大氣下行輻射耦合問題的關鍵參數，需要發射率的先驗知識才能夠改正地表發射輻射，進而反演地表溫度。然而，由于地表溫度和地表發射率的耦合性質，利用衛星數據反演地表溫度并非想象中那么容易。在地表溫度的遙感反演中，除輻射校正和云檢測的問題之外，主要難點還體現在：(1)如何從觀測的輻射亮度中分離出地表溫度和地表發射率；(2)如何解決大氣校正的問題。此外，還應考慮到，離開地表的輻射能將經過大氣被傳感器接收，大氣自身的吸收和輻射又會影響到進入傳感器視場的輻射能量。這幾個過程疊加在一塊，使地表溫度的反演更為復雜。

因此，為了計算國產新一代極軌氣象衛星FY-3的可見光紅外掃描輻射計(VIRR)數據中的地表溫度，我們根據VIRR數據的特點，發展了一種利用中國風云三號衛星遙感數據確定地表溫度的方法及裝置，實現了風云三號衛星數據地表溫度的遙感反演，從而為我國國產衛星數據的遙感應用提供技術支持，這是本發明的初衷所在。

發明內容

本發明要解決的技術問題為：針對國產衛星遙感數據，克服現有技術的不足，提供一種利用中國風云三號衛星遙感數據確定地表溫度的方法及裝置。

本發明解決上述技術問題采用的技術方案為：一種利用中國風云三號衛星遙感數據確定地表溫度的方法，實現步驟如下：

步驟(A)、利用風云三號衛星的可見光與近紅外通道觀測數據確定地表發射率；

步驟(B)、利用風云三號衛星的熱紅外觀測數據確定大氣可降水汽含量；

步驟(C)、利用步驟(A)和步驟(B)分別得到的地表發射率和大氣可降水汽含量，結合發展的地表溫度反演方法確定地表溫度。

進一步的，所述步驟(A)中確定地表發射率的過程是：

A1.根據下式計算一景影像中所有像元的NDVI值：

式中，ρ₁和ρ₂分別為風云三號衛星可見光與近紅外波譜區第1和第2通道的反射率值；