[發明專利]一種全天候地表溫度生成方法

有效

• 申請號: 201710784327.6
• 申請日: 2017-09-04
• 公開（公告）號: CN107576417B
• 公開（公告）日: 2019-05-10
• 發明（設計）人: 周紀;張曉東;曹入尹
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: G01K11/00
• 分類號: G01K11/00;G01J5/00;G06F17/50
• 代理公司: 成都點睛專利代理事務所(普通合伙) 51232
• 代理人: 孫一峰

本發明涉及地表溫度生成方法，具體的說是涉及一種1km空間分辨率的全天候地表溫度生成方法。本發明的方法能突破傳統在獲取1km空間分辨率全天候地表溫度中的瓶頸：一方面，本發明考慮地表溫度與亮溫在時間和空間上兩個尺度的變化相關性，直接從被動微波亮溫直接獲得1km空間分辨率的被動微波地表溫度；另一方面，本發明從地表溫度時間成分解構的角度，分別從熱紅外和被動微波遙感地表溫度中提取構成地表溫度的三個分量，并利用地表溫度的空間相關性對其進行有效組合，從而得到集成后的1km空間分辨率的全天候地表溫度。相比于傳統的經驗方法，具有更好的精度，普適性以及可移植性，同時能夠最大限度減弱傳統集成地表溫度圖像的斑塊效應，提升圖像質量。

技術領域

本發明涉及地表溫度生成方法，具體的說是涉及一種1km空間分辨率的全天候地表溫度生成方法。

背景技術

地表溫度是研究全球與區域氣候變化的重要參數，特別是1km空間分辨率的全天候地表溫度已經成為相關研究和應用領域的迫切需求。現有的全天候地表溫度生成方法中，1km空間分辨率被動微波地表溫度的獲取主要包括兩個步驟：1)在原始分辨率下，由被動微波亮溫得到反演后的被動微波地表溫度；2)在原始分辨率下，建立被動微波地表溫度與溫度相關的空間因子(如經緯度，植被覆蓋度，海拔)等的函數關系F，并假設F在1km分辨率下同樣適用，然后將1km分1km分辨率的相關因子代入F中反推得到1km分辨率的被動微波地表溫度。然而，這類方法存在以下幾個主要問題：1)在提升被動微波地表溫度分辨率的過程中，與地表溫度相關的空間因子僅能反映地表溫度的空間變化規律，忽略了地表溫度在時間尺度上的變化規律；同時，在現有條件下，與地表溫度相關的其他1km分因子(如地形粗糙度，坡度，坡向等)難以獲得，僅僅通過有限的空間因子不能準確地對地表溫度進行定量描述，從而難以得到1km分滿足精度要求的1km被動微波地表溫度，且在集成地表溫度圖像中呈現出為較為明顯的斑塊效應。2)從被動微波亮溫出發，得到最后的1km分辨率被動微波地表溫度的過程中需要經過“反演”和“空間分辨率提升”兩個獨立環節，由于誤差累積，會對最終的結果精度產生較大影響。以上問題會極大影響傳統方法得到的1km空間分辨率的被動微波地表溫度的精度和相應的圖像質量。

發明內容

本發明的目的是，針對上述問題，提供一種集成方法，用于從熱紅外和被動微波遙感數據生成具有1km分辨率的全天候地表溫度，并且保證相較于傳統方法，能夠最大限度恢復地表溫度的空間分布細節信息，減弱集成地表溫度圖像的斑塊效應。本發明的方法能突破傳統在獲取1km空間分辨率被動微波地表溫度中的瓶頸，一方面，本發明考慮地表溫度與亮溫在時間和空間上兩個尺度的變化相關性，建立直接從被動微波亮溫直接獲得1km空間分辨率的被動微波地表溫度的方法。另一方面，本發明從地表溫度時間成分解構的角度，分別從熱紅外和被動微波遙感地表溫度中提取構成地表溫度的三個時間分量，并利用空間相關性對其進行有效組合，得到集成后的1km分辨率全天候地表溫度。相比于傳統的經驗方法，本發明方法本質上是一種物理方法，具有更好的精度，良好的普適性和可移植性，能夠最大限度減弱集成地表溫度圖像的斑塊效應，提升圖像質量。

本發明的技術方案是：

在跨度為一年的時間尺度上，地表溫度可分解為如下三個時間分量：1)年循環分量(Annual Temperature Cycle,ATC)，其反映了地表溫度在一年中的整體變化趨勢；2)日內循環分量(Diurnal Temperature Cycle,DTC)，其反映了地表溫度在日內的變化情況；3)天氣循環分量(Weather Temperature Cycle,WTC),其反映了由于天氣變化導致的地表溫度的波動。其中，ATC和DTC的反映了理想情況下(即無天氣因素擾動)地表溫度的穩態變化，故稱二者的疊加為地表溫度的穩態分量，相應地，WTC稱為非穩態分量。通過以上分量描述地表溫度可用下式表示：