[發(fā)明專利]一種基于輻射亮度的劈窗地表溫度反演方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710372227.2
• 申請(qǐng)日: 2017-05-23
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107389198B
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-09-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王猛猛;何國(guó)金;張兆明;王桂周;龍騰飛;尹然宇
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 三亞中科遙感研究所
• 主分類號(hào): G01J5/00
• 分類號(hào): G01J5/00
• 代理公司: 武漢知產(chǎn)時(shí)代知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 42238
• 代理人: 郝明琴

地表溫度是地球與大氣相互作用的物理過(guò)程的重要參量，廣泛地應(yīng)用于水文、氣象、全球碳平衡和全球變化等研究中。本發(fā)明通過(guò)直接建立兩個(gè)熱紅外通道輻射亮度之間的關(guān)系，代替簡(jiǎn)化普朗克函數(shù)用于輻射傳輸方程組的求解，同時(shí)引入一個(gè)大氣參數(shù)(大氣下行輻射和大氣上行輻射的比值)來(lái)提高簡(jiǎn)化輻射傳輸方程的精度，提出了一個(gè)基于輻射亮度的劈窗算法(RBSWA)，并將算法應(yīng)用于MODIS數(shù)據(jù)地表溫度反演。與先前基于亮度溫度的劈窗算法相比，RBSWA的地表溫度反演精度提高了約0.5K。本發(fā)明提出的方法原理也適用于其他熱紅外遙感數(shù)據(jù)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種MODIS地表溫度反演方法，能夠應(yīng)用在農(nóng)業(yè)、林業(yè)、氣象、生態(tài)環(huán)境以及國(guó)防軍事等遙感部門。

背景技術(shù)

劈窗算法，又稱雙通道算法，是目前最通用的熱紅外遙感地表溫度反演方法。劈窗算法利用兩個(gè)熱紅外通道大氣吸收差異來(lái)校正大氣影響，解算出地表真實(shí)溫度。目前的劈窗算法都是建立地表溫度與兩個(gè)熱紅外通道亮度溫度之間的模型，可以統(tǒng)稱為基于亮度溫度的劈窗算法。為了建立地表溫度與兩個(gè)熱紅外通道亮度溫度之間的模型，需要簡(jiǎn)化普朗克方程，用簡(jiǎn)單的模型來(lái)表示普朗克輻射亮度與亮度溫度之間的關(guān)系。最常用的簡(jiǎn)化普朗克方程的方法是泰勒擴(kuò)展。當(dāng)?shù)乇肀葻崛葺^大、大氣水汽含量較高的條件下，地表溫度與星上亮度溫度之間的差異顯著，基于泰勒擴(kuò)展方法的輻射亮度與亮度溫度之間的轉(zhuǎn)換精度較差，轉(zhuǎn)換誤差大于0.2K。本發(fā)明直接建立兩個(gè)熱紅外通道輻射亮度之間的關(guān)系，代替建立普朗克輻射亮度與亮度溫度之間的關(guān)系，提高了兩個(gè)通道輻射亮度之間的轉(zhuǎn)換精度，建立了地表溫度與兩個(gè)熱紅外通道輻射亮度之間的關(guān)系，提出一個(gè)基于輻射亮度的劈窗算法(簡(jiǎn)稱RBSWA)，并應(yīng)用于MODIS數(shù)據(jù)地表溫度反演。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提出了一個(gè)基于輻射亮度的劈窗地表溫度反演方法，可以實(shí)現(xiàn)MODIS數(shù)據(jù)地表溫度反演，方法如下：

其中B₃₁(T_S)＝A₀L₃₁-A₁L₃₁+A₂ (式1)

式中，T_S表示地表溫度，B₃₁(T_S)表示溫度為T_S的黑體對(duì)應(yīng)的MODIS 31波段的輻射亮度，K_31,1和K_31,2分別表示MODIS 31波段的熱紅外輻射常數(shù)(可從元數(shù)據(jù)中獲取)，L₃₁和L₃₂分別表示MODIS 31和32波段的星上輻射亮度，A₀、A₁和A₂表示劈窗系數(shù)，計(jì)算公式如下：

式中，k(L₃₁)和b(L₃₁)表示兩個(gè)熱紅外通道輻射亮度之間轉(zhuǎn)化相關(guān)的參數(shù)，C₃₁、C₃₂、D₃₁和D₃₂表示中間變量。k(L₃₁)和b(L₃₁)計(jì)算公式如下：

式中，K_32,1和K_32,2分別表示MODIS 32波段的熱紅外輻射常數(shù)(可從元數(shù)據(jù)中獲取)。

C₃₁、C₃₂、D₃₁和D₃₂計(jì)算公式如下：

C₃₁＝ε₃₁τ₃₁