地表温度反演.doc

地表温度反演目录一：单窗算法31.1实验原理31.1.1TM/ETM波段的热辐射传导方程：31.1.2化简后最终的单窗体算法模型为：31.1.3大气平均作用温度Ta的近似估计31.1.4大气透射率t6的估计31.1.5地表比辐射率的估计41.1.6像元亮度温度计算41.1.7遥感器接收的辐射强度计算41.2操作步骤51.2.1研究区示意图51.3实验结果71.3.1灰度图像71.3.2密度分割后图像7二：单通道算法82.1实验原理82.1.1单通道算法模型为：82.1.2大气平均作用温度Ta的近似估计82.1.3大气透射率t6的估计82.1.5像元亮度温度计算82.1.6遥感器接收的辐射强度计算92.2操作步骤9研究区示意图92.2.1计算L6102.2.2T6e6的求算102.2.3计算R102.2.4计算t102.3实验结果112.3.1温度反演灰度图像112.3.2密度分割后的图像11三：辐射方程123.1实验过程123.1.1数据准备123.1.2地表比辐射率的估计123.1.3计算同温度下黑体的辐射亮度值123.1.4反演地表温度133.2温度反演结果13一：单窗算法1.1实验原理1.1.1TM/ETM波段的热辐射传导方程： B6(T6)=t6(q) 6B6(Ts)+(1-6)I6+I6_ Ts是地表温度； T6是TM6的亮度温度； t6是大气透射率； 6是地表辐射率。 B6(T6)表示TM6遥感器所接收到的热辐射强度； B6(Ts)是地表在TM6波段区间内的实际热辐射强度，直接决取于地表温度； I6和I6_分别是大气在TM6波段区间内的向上和向下热辐射强度。1.1.2化简后最终的单窗体算法模型计算Ts（地表温度）： Ts=a(1-C-D)+b(1-C-D)+C+DT6-DTa/C 式中 C6=66(6为比辐射率，6为透射率） D6=(1-6)1+t6(1-6) a =-67.355351，b=0.4586061.1.3大气平均作用温度Ta的近似估计 温度换算：Tt273.15 本图为9月份拍摄，对于中纬度夏季平均大气Ta=16.0110+0.92621T0 取平均气温为25摄氏度时Ta = 312.157531.1.4大气透射率6的估计 6=0.974290-0.08007w，0.4w1.6。 w为水分含量，单位(g/cm2)，这里，取w=1.0，计算得到6=0.894221.1.5地表比辐射率6的估计 典型地表类型的比辐射率 Ndvi0 陆地（surface） surface=0.9625+0.0614Pv-0.0461Pv2Pv=(NDVI- NDVIs)/(NDVIv- NDVIs)2=NDVI2/0.49(NDVI0 and NDVI Basic Tools-Band Math 在Enter an expression中输入(15.303-1.238)*b1/255.0+1.238，点击Add to List.选中刚才输入的公式，点击OK。选中B1变量，在Available Bands List中选Band6，保存文件名为L6，点击OK。1.2.3计算T6（同计算L6,只是计算公式不同）。1.2.4计算C6（同计算L6,只是计算公式不同）。1.2.5计算D6（同计算L6,只是计算公式不同）。1.2.36计算Ts同计算C6相同，在Enter an expression中输入：(-67.355351*(1-b1-b2)+(0.458606*(1-b1-b2)+b1+b2)*b3-b2*292.15753)/b1-273.15)，点击Add to List.选中b1变量，在Available Bands List中选择C6，选中b2变量，在Available Bands List中选择D6，选中b3变量，在Available Bands List中选择T6，保存文件名为Ts ，点击OK。1.3实验结果1.3.1灰度图像1.3.2密度分割后图像二：单通道算法2.1实验原理2.1.1单通道算法模型为： Ts=r*(y1*L6+y2)/e6+y3+t2.1.2大气平均作用温度Ta的近似估计 温度换算：Tt273.15 本图为7月份拍摄，对于中纬度夏季平均大气Ta=16.0110+0.92621T0 取乌鲁木齐市平均气温为25摄氏度时Ta = 312.157532.1.3大气透射率t6的估计 t6=0.974290-0.08007w，0.4w1.6。 w为水分含量，单位(g/cm2)，这里，取w=1.0，计算得到t6=0.894222.1.4地表比辐射率的估计 典型地表类型的比辐射率 ew=0.995 ev=0.986 em=0.970 Pv=(NDVI- NDVIs)/(NDVIv- NDVIs)2 NDVI 为归一化植被指数, 取NDVIv=0.70 和 NDVIs=0（分别取自5%及95%数据） e surface=0.9625+0.0614Pv-0.0461Pv22.1.5像元亮度温度计算 T6=K2/ln(1+K1/L6) 其中：K1=607.76，K2=1260.56（覃志豪，用陆地卫星TM6数据演算地表温度的单窗算法）； L6为遥感器接收的辐射强度。2.1.6遥感器接收的辐射强度计算L6=(15.303-1.238)*b1/255.0+1.238 （覃志豪，用陆地卫星TM6数据演算地表温度的单窗算法）； b1为第六波段像元灰度值（DN值）。 LMAX_BAND6 = 15.303LMIN_BAND6 = 1.238单通道算法模型表达式中, Ts是陆地表面温度, L6是卫星高度上遥感传感器测得的辐射强度(Wm- 2sr- 1m- 1),e6是地表发射率; r, t,y1,y2,y3 是中间变量, 分别由以下公式计算:R=1/(c2*L6/T62)*(4*L6/c1+1/)y1=0.14714w2- 0.15583w+1.1234=1.11471y2=-1.1836w2- 0.37607w- 0.52894=0.27859y3=-0.04554w2+1.8719w- 0.39071=1.43565t=T6-r*L6其中, C1 和C2 是Plank 函数的常量, C1=1.19104108Wm4m- 2sr- 1, C2=14387.7 mK; T6是卫星高度上传感器所探测到的像元亮度温度, 单位为K; 是有效作用波长, TM6 有效作用波长为11.457m;w为大气水分含量在此我们也取w=取w=1.02.2操作步骤研究区示意图2.2.1计算L6在单窗算法中我们已经具体说明，在此请参阅基于TM单窗算法反演地表温度文本。2.2.2T6e6的求算T6同理。e6同理。2.2.3计算R在Band Math中编写1/(14387.7*L6/T62)*(11.4574*L6/1.19104108+1/11.457)选中b1变量，在Available Bands List中选择L6，选中b2变量，在Available Bands List中选择T6，保存文件为R。2.2.4计算t在Band Math中编写(b1-b2*b3)选中b1变量，在Available Bands List中选择T6，选中b2变量，在Available Bands List中选择R，选中b3变量，在Available Bands List中选择L6，保存文件名为Ts ，点击OK。2.3实验结果2.3.1温度反演灰度图像操作过程中许多未知参数大都取参考值，所以可能不能很准确的表示真实地表温度，在日后的学习过程中，需要收集更多的资料做好温度反演。2.3.2密度分割后的图像三：辐射方程3.1实验过程3.1.1数据准备热红外数据使用的是TM6，我们需要已经经过大气校正，几何校正，传感器定标的剪裁好的TM影像，以及由次影像生成的NDVI图像。3.1.2地表比辐射率的估计典型地表类型的比辐射率 ew=0.995 ev=0.986 em=0.970 Pv=(NDVI- NDVIs)/(NDVIv- NDVIs)2 NDVI 为归一化植被指数, 取NDVIv=0.70 和 NDVIs=0（分别取自5%及95%数据） e surface=0.9625+0.0614Pv-0.0461Pv2具体操作步骤与其他两种算法一直，在Band Math中编写即可。3.1.3计算同温度下黑体的辐射亮度值Lx=e6B(Ts)+(1-e6)I6t6+I6_其中e6是地表辐射率。 B(Ts)为普朗克定律推导得到的黑体在Ts的热辐射亮度。I6和I6_分别是大气在TM6波段区间内的向上和向下热辐射强度。Ts是地表真是温度。t6为透射度。则B(Ts)=Lx-I6-t6(1-e6)I6_/t6e6上式中所需要的参数可以通过各种数学模型进行计算，也可以在NASA官网(/)进行查询，本次试验中，我们取t6=0.89422，I6=3.39W/(m2*sr*um)，I6_=5.12W/(m2*sr*um)。在Band Math中编写(b2-3.39-0.89422*(1-b1)*5.12)/(0.89422*b1)其中b1为比辐射率e6。b2表示红外波段大气校正后的辐射定标值。注:辐射定标1. 由于ENVI 4.5 中有专门进行辐射定标的模块，因此实际的操作十分简单。将原始TM 影像打开以后，选择Basic ToolsPreprocessingCalibration UtilitiesLandsat TM2. 进入下一步参数选择：根据传感器类型选择Landsat 4,5 或者7。从遥感影像的头文件中获取Data Acquisition 的时间，Sun elevation。如果你是用FileOpen External FileLandsatFast 的方法打开header.dat（头文件）的话，sun elevation 就已经填好了。这里Calibration Type 注意选择为Radia