热红外数据反演地表温度

主要内容背景介绍基础理论背景反演LST的各种算法验证卫星反演LST的三种方法未来发展和展望第一页，共28页。背景介绍第二页，共28页。LST的重要性

1在地-气过程中，LST是长波辐射和湍流热通量交换的直接驱动力。2在局地-全球尺度下，LST是地表能量和水分平衡物理过程中的重要参数。3LST信息提供了地表能量平衡状态的时空变化信息，同时也在很多应用中起到了重要作用。4国际地圈生物圈计划（IGBP）将LST列为优先测定的参数之一第三页，共28页。地面测量空间测量LST测量方式转变在大气传输过程中，地表热辐射能通过3-5μm和8-14μm两个窗口，这也是大多数传感器的设计波段范围。3-5μm和8-14μm两个窗口分别为TIR和MIR的波段。热红外数据（TIR）通过辐射传输方程和LST联系起来。为了更好的从局域尺度理解地球系统同时得到高于10%精度的蒸散量数据，LST的精度要求小于1K。然而直接从TIR光谱区域的辐射发射估计LST是有困难的因为从卫星上的辐射计来测量辐射不仅依赖于地表参数，同时也有大气影响。除了辐射计刻度和云量，还需要考虑发射率和大气订正。？陆地表面的强非均质性地表温度的复杂性空间测量第四页，共28页。基础理论背景第五页，共28页。普朗克定律维恩位移定律是黑体的分光辐出度，是温度T(k)和波长的函数，C1和C2是物理常数。⑴⑵第六页，共28页。辐射传输方程RTEΘ，ψ分别代表天顶角和方位角⑶⑷第七页，共28页。从空间测量LST的困难和问题（1）从空间测量LST是数学未定的和未解决的（2）仪器噪声和错误在大气订正中对LST获取的精度影响很大（3）在测量的辐射中很难解耦LST、LSE（陆地表面发射率）和向下的大气辐射（4）大气订正很难实施（5）白天，反射的太阳辐射很难去除中红外数据（6）如何物理的介绍LST测量结果是一个关键问题（7）验证在传感器的像素尺度上星载测量的LST是一个挑战性问题。第八页，共28页。反演LST的算法第九页，共28页。LST算法LSEs已知，可以归为三类：单通道法，多通道法，多角度法LSEs未知，可归为这三类：逐步获取法同步获取LSEs和已知大气信息的LST同步获取未知大气信息第十页，共28页。已知LSEs单通道法也称为模式发散法，利用卫星传感器单通道得到的辐射，选择大气窗区，订正大气衰减和发射后大气辐射。精度问题？缺点：高质量的辐射传输代码，需要已知LSEs的信息，精确的大气廓线和充分考虑对流层影响。第十一页，共28页。多通道法考虑到单通道法需要已知LSEs、精度高的RTM和大气廓线，这些需求在实际中很难满足。由应用于海洋（利用在11和12μm的相邻通道中的不同大气吸收，所谓的分裂窗（SW）算法，不需要任何的大气廓线信息）获得SST的方法推算出得到LST的算法（这些算法假设LSEs在SW通道是已知的）。第十二页，共28页。多通道法——不同的SW算法线性分裂窗算法在两个相邻的TIR通道i,j（11-12.5um）中相对于温度和波长线性化RTE非线性分裂窗算法其中ck和ak等同第十三页，共28页。ak是系数，取决于响应函数gi,gj和两通道的发射率以及蒸散量WV和观测角度VZA。这一方法反演LST的精度取决于如何正确选择ak系数ak的参数化方案●仅考虑地表比辐射率(LSEs)●考虑LSEsandWV●同时考虑LSEs,WV,andVZA第十四页，共28页。第十五页，共28页。多角度法和SW法原理一致，多角度法在给定的通道的不同的观测角度上不同的通道长度基于不同的大气吸收。Sobrinoetal.(1996)提出线性Sobrinoetal.(2004c)提出剔除WV的影响的非线性修正算法

第十六页，共28页。三种方法的比较单通道法需要高质量的辐射传输代码，需要已知LSEs的信息，精确的大气廓线和充分考虑对流层影响。多通道法不需要大气廓线数据，不考虑地形影响，LSEs精度对SW算法敏感，且具有很大的确定性多角度法无需大气廓线数据，只适用于海水表面温度反演，不适用陆地第十七页，共28页。未知LSEs的情况逐步获取法①LSE是半经验的，取决于大气订正MIR和TIR辐射估计或者可见光/近红外测量。②估计LST，使用任何单一，多通道（SW）或多角度（双角）3.1节中描述的检索方法。包括分类：发射型方法（CBEM）、植被指数发射方法（NBEM）、温度独立光谱指数方法（TISI）。第十八页，共28页。已知大气信息，同步LST和LSE获取法包括TTM法，D/N法，GBE法，TES法，ISSTES法，LECTES法LST，LSEs和大气廓线的同步获取包括ANN法，TSRM第十九页，共28页。验证卫星反演LST的方法第二十页，共28页。验证是一个独立的评估反演数据不确定性的过程。没有验证，方法，算法和反演参数不能使用。主要包括一下三种方法T-basedR-based交叉验证法第二十一页，共28页。T-based优点直接评估了卫星传感器辐射能力和LST反演算法订正大气和发射率影响的能力。缺点需要LST有一定的精度，要求在夜间和均质的地表。第二十二页，共28页。R-based大气RTM使用卫星反演LST，大气廓线和LSEs作为初始参数模拟TOA辐射优点不需要使用地面LST测量适用于地表LST测量不可行地区并向均质和非等温地区延伸，并且可能适用于白天或夜间缺点需要大气RTM和大气廓线和LSEs的精度第二十三页，共28页。交叉验证法没有大气廓线，地面LST测量和前面两个方法都不能用的情况下。优点验证LST不需要任何地面测量可以在LST产品可靠的前提下适用于全球任何地方缺点两个测量的观测时间尽可能短变成同一像素下，需要同样的观测天顶角第二十四页，共28页。未来的发展与展望第二十五页，共28页。解决方法：一系列的LST模型，在各种天气条件下都必须发展包括角归一化和时间的标准化等用于生产长期的、时间规范和角度规范一致的LST产品高光谱TIR数据分离LST和LSE的探索以及大气廓线或大气量参与大气校正的检索将成为定量遥感研究的热点考虑多光谱和多时段TIR数据的结合提取LST的新方法基于物理模型从被动微波数据获得LSTs和一个结合了LSTs和被动微波卫星数据第二十六页，共28页。谢谢