[發明專利]一種高精度的熱輻射方向性半經驗半物理模擬方法

有效

• 申請號: 202011096835.3
• 申請日: 2020-10-14
• 公開（公告）號: CN112198814B
• 公開（公告）日: 2021-09-10
• 發明（設計）人: 曹彪;杜永明;卞尊健;歷華;肖青;柳欽火
• 申請（專利權）人: 中國科學院空天信息創新研究院
• 主分類號: G05B17/02
• 分類號: G05B17/02
• 代理公司: 北京志霖恒遠知識產權代理事務所(普通合伙) 11435
• 代理人: 宋玲玲

本發明公開了一種高精度的熱輻射方向性半經驗半物理模擬方法，通過重組現有的熱紅外波段半經驗半物理的核，提出由基礎形狀核(LiStrahlerFriedl核)、熱點核(RoujeanLagouarde核)及各向同性核組成的三核線性模擬新方法。新方法的熱點核同時具備調整熱點寬度和熱點高度的能力，共含有四個自由變量。基于DART和4SAIL模型模擬的多角度數據集驗證表明，相比現有僅含三個自由變量的半經驗半物理模擬方法，本發明顯著提高了對地表熱輻射方向性的模擬精度，有望用于地表溫度產品的角度訂正，用于地表溫度產品的角度歸一化，即通過多組傾斜方向的地表溫度數據擬合得到垂直方向的地表溫度結果。本發明在空間信息技術領域，尤其是定量遙感領域具有重要的應用價值。

技術領域

本發明涉及一種模擬方法，可用于地表溫度產品的角度訂正，屬于衛星遙感技術領域，尤其涉及一種高精度的熱輻射方向性半經驗半物理模擬方法。

背景技術

地表溫度遙感產品被廣泛地應用于水文、生態、氣象、環境和生物地球化學等領域，是表征地球冷暖的直接指標，是全球變化研究中的基本氣候變量。以GOES、MSG、Himawari、FengYun-4為代表的靜止衛星及NOAA、Terra/Aqua、FengYun-3為代表的極軌衛星都設置了熱紅外通道以觀測地球表面的熱輻射信息。在生產這些衛星地表溫度產品的業務化算法中，均假設地表熱輻射是各向同性的，并且由于傳感器的視場效應，通常都是從傾斜方向進行對地觀測。

然而，地面、航空、衛星尺度的研究均表明地表熱輻射是各向異性的，并將這種現象稱之為熱輻射方向性。對于具備復雜三維結構的異溫像元，熱輻射方向性可導致不同方向觀測到的方向亮度溫度差異高達10K，嚴重制約了地表溫度產品的精度。即使在均一的沙漠、水面等地表，亦存在著顯著的熱輻射方向性現象，導致當前不能實現地表溫度遙感產品的精度優于1K的目標。

因此，針對不同的地表類型(植被、城市、土壤、水體、冰雪等)，國內外研究者提出了諸多的物理模型來刻畫熱輻射方向性現象，建立方向亮度溫度與地表結構、屬性、光譜、溫差等參數之間的關系，并試圖用來糾正地表方向亮溫及地表溫度實現角度歸一化。然而這些物理模型因為需要的驅動參數太多導致不能實用化，于是近些年來提出了熱紅外波段的半經驗半物理模擬模型，直接通過輸入多個方向亮溫/溫度實現核系數的求解，再基于核系數計算任意方向的亮溫/溫度，這類模型不需要已知地表的結構、屬性、光譜、溫差等信息，僅需要輸入多個角度的地表亮溫/溫度觀測值及相應的角度信息，即可實現模型中未知數(即核系數)的求解，進而可以擬合出任意方向的亮溫/溫度。當所有像元的觀測角度都糾正到垂直方向時，即實現了地表溫度產品的角度歸一化。

目前可用于地表溫度角度歸一化的熱紅外半經驗半物理模擬方法主要有四個：直接擴展自可見光波段的RossThick-LiSparseR模型和RoujeanLagouarde模型，以及基于熱輻射特性提出的LiStrahlerFriedl-LiDenseR模型和Vinnikov模型。已有研究結果表明RossThick-LiSparseR和RoujeanLagouarde模型的精度受限于未考慮熱輻射的特性，Vinnikov模型受限于其內部兩個非各向同性核均為純經驗核，相比而言，LiStrahlerFriedl-LiDenseR模型在目前擁有最高的精度。但是，其仍然存在明顯的熱點低估現象，需要基于熱輻射特性進行改進。

發明內容

為了解決上述技術所存在的不足之處，本發明提供了一種高精度的熱輻射方向性半經驗半物理模擬方法。

為了解決以上技術問題，本發明采用的技術方案是：一種高精度的熱輻射方向性半經驗半物理模擬方法，包括以下步驟：

步驟一、構建LiStrahlerFriedl-RoujeanLagouarde模型：