地表温度计算

1、|Dataset AttributeAttribute Value|Landsot Scene IdurrtifiETLC81190252013120LGN01Station IderrtifiorLGNDav NightDAY怦RS Path119HES Rw025Dat巳 Acquirgd2013/04/30Start Time30-APR-13 02. 27. 32. 3912640 AMStoD Time30-APR-13 02. 28. 02.1872840 AMlinage Quality9Cloud Cover4.6%Sun Elevation52.43186059Sun Azi

2、muth154.41811409Seme Cmtur Latitude50.28130 (50° 16'52"N)Scun已 Center Lon8itude126.55943 (126。3333”E)Corner Uddee Left Latitude51.29325(51° 1735"N)Comer Upper Left Longitude125.57802 (125° 34'40"E)Comer Udd己r Ri8ht Latitude50.83454 (50° 5004”N)Corner UDDer

3、Right Longitude128.21262 (128° 1245E)Com巳丫 Low巳r Luft Latitude49.70424(49° 42'15"N)Cornur Low&r Luft LonMitudc124.94234 (124° 5632"E)Corner Low&r Right Latitude49.25196(49° 15'07"N)Com巳r Low已v Rizlrt Longitud已127.49315 (127° 29'35"E)Be

4、svsd ExistsYBrowrs已 ExistsYData Cat已goryNOMINALData Type LORdOLI_TIRS_LORPData Type L巳巳 1 LOLI_TIRS_L1TGeometric RMSE Mod己1 X6. 508Geometric RM&E Mod已1 Y6. 583具体的实现步骤：第一步：准备数据热红外数据使用的是Landsat的第六波段，已经做了传感器定标、几何校正、 大气校正和工程区裁剪。由TM影像(已经过大气校正)生成的 NDVI数据，已经利用主菜单->Basic Tools->Resize Data (Spatia

5、l/Spectral )重采样为 60 米分辨率,与 TMi6 数据 保持一致。第二步：地表比辐射率计算物体的比辐射率是物体向外辐射电磁波的能力表征。它不仅依赖丁地表物体的组成，而且与物体的表面状态(表面粗糙度等)及物理性质(介电常数、含水量等) 有关，并与所测定的波长和观测角度等因素有关。在大尺度上对比辐射率精确测 量的难度很大，目前只是基丁某些假设获得比辐射率的相对值，本文主要根据可见光和近红外光谱信息来估计比辐射率。(一)植被覆盖度计算计算植被覆盖度Fv采用的是混合像元分解法，将整景影像的地类大致分为 水体、植被和建筑，具体的计算公式如下：FV = (NDVI- NDVIS) /(NDV

6、IV - NDVIS)Fv = (NDVI- NDVI" / (NDV1V -(2)其中，NDVI为归一化差异植被指数，取 NDVIV = 0.70和NDVIS = 0.00 , 且有，当某个像元的NDVI大于0.70时，FV取值为1;当NDVI小丁 0.00 , FV 取值为0。利用ENVI主菜单->Basic Tools->Band Math ,在公式输入栏中输入：(b1 gt 0.7 ) *1+ (b1 lt 0.) *0+ (b1 gt 0 and b1 lt 0.7 ) * (b1-0.0)/(0.7-0.0)(bl gtOJ) *1- (bl lt OJ *0

7、+ (bl geO andljl le0.7) *(0.7 0,0)注：数据输入应在英文状态下。bl :选择NDVI图像得到植被盖度图像。(二)地表比辐射率计算根据前人(覃志豪)的研究，将遥感影像分为水体、城镇和自然表面3种类型。本专题采取以下方法计算研究区地表比辐射率：水体像元的比辐射率赋值为0.995,自然表面和城镇像元的比辐射率估算则分别根据下式(3) (4)进行计算：& surface = 0.9625 + 0.0614FV - 0.0461FV2& building = 0.9589 + 0.086FV - 0.0671FV2%蛔广”钮5Q6L4R项倒%诫如=0 奶蹲

8、-0,086Fv - 0.067IFV2(4)式中，£ surfac辟日£ building别代表自然表面像元和城镇像元的比辐射率。利用ENVI主菜单->Basic Tools->Band Math ,在公式输入栏中输入：(b1 lt 0) *0.995+ ( b1 gt 0 and b1 lt 0.7 )*(0.9589 + 0.086*b2 -0.0671*b2A2)+(b1 gt 0.7)*(0.9625 + 0.0614*b2 - 0.0461*b2A2)LCtl leO) *0.如 A (bl gtOandbl UC7)。一典 5=援-ZAfbl g:

9、气ORSK - 0-0614*t己-0.046122)b1 : NDVI 值；b2:植被覆盖度值。得到地表比辐射率数据。第三步：计算相同温度下黑体的辐射亮度值卫星传感器接收到的热红外辐射亮度值L入由三部分组成：大气向上辐射亮度Lf,地面的真实辐射亮度经过大气层之后到达卫星传感器的能量；大气向下 辐射到达地面后反射的能量。卫星传感器接收到的热红外辐射亮度值的表达式可 写为(辐射传输方程)：L 入=£ - B(TS- + (1 J r + L f唯+(4)这里，£为地表辐射率，TS为地表真实温度，B(TS)为普朗克定律推到得到 的黑体在TS的热辐射亮度，t为大气在热红外波段的透

10、过率。则温度为 T的黑 体在热红外波段的辐射亮度B(TS)为：B(TS) = L-(1)L J / r £B(TS) = LI - LT- r-Cl-s)LL/r £(5)在NASA官网(httF://)中输入成影时间以及中心经纬 度，则会提供上式中所需要的参数。本专题输入的数据是襄樊市地区2002年9月2日北京时间10: 30成像的Landsat7 ETM+影像，影像中心的经纬度为： 32.51N ,111.81 E。得到下图参数图：大气在热红外波段的透过率 必0.6,大 气向上辐射亮度L幼3.39 W/(m2 - sr -禺m)

11、气向下辐射亮度LJ为 5.12W/(m2 - sr - m)1 1L61 DOO-81OO0 200 +M 600 aoo 1000Pressure (mb)0 -100-80 -60 -4Q -20 Q 20 40Atm TfFiperature (0)4020Atm Profiles for: 02.09.02 1 0:30o o o o o O o S 6 4 2Tt - 0.60Lu = 3.9Ld = 5,122040 6G 8。Humidity (%)Generated for: hancf at t201 1.4.S.2.2S.58图2 2002年9月2日Landsat ETM+

12、数据的大气辅助参数利用ENVI主菜单->Basic Tools->Band Math ,在公式输入栏中输入:(b2-0.69-0.89* (1-b1)*1.19)/(0.89*b1 )b1 : 60m分辨率的地表比辐射率值；b2：表示热红外波段大气校正后的辐射定标值。得到了温度为T的黑体在热红外波段的辐射亮度值。第四步：反演地表温度在获取温度为TS的黑体在热红外波段的辐射亮度后，根据普朗克公式的反 函数，求得地表真实温度TS:TS = K2/ln(K1/ B(TS)+ 1)对丁 ETM+ , K1 =666.09W/(m2 - sr - mK2 =1282.71K。利用ENVI主菜单->Basic Tools->Band Math ,在公式输入栏中输入：(1282.71 )/alog(666.09/b1 +1 )-273b1 :温度为T的黑体在热红外波段的辐射亮度值。得到真实的地表温度值，单位是摄氏度。第五步：结果浏览与输出在DisFlay中显示温度值，是一个灰度的单波段图像。(1)选择 Tools->C