熱紅外數(shù)據(jù)反演地表溫度

主要內容背景介紹基礎理論背景反演LST的各種算法驗證衛(wèi)星反演LST的三種方法未來發(fā)展和展望第一頁，共28頁。背景介紹第二頁，共28頁。LST的重要性

1在地-氣過程中，LST是長波輻射和湍流熱通量交換的直接驅動力。2在局地-全球尺度下，LST是地表能量和水分平衡物理過程中的重要參數(shù)。3LST信息提供了地表能量平衡狀態(tài)的時空變化信息，同時也在很多應用中起到了重要作用。4國際地圈生物圈計劃（IGBP）將LST列為優(yōu)先測定的參數(shù)之一第三頁，共28頁。地面測量空間測量LST測量方式轉變在大氣傳輸過程中，地表熱輻射能通過3-5μm和8-14μm兩個窗口，這也是大多數(shù)傳感器的設計波段范圍。3-5μm和8-14μm兩個窗口分別為TIR和MIR的波段。熱紅外數(shù)據(jù)（TIR）通過輻射傳輸方程和LST聯(lián)系起來。為了更好的從局域尺度理解地球系統(tǒng)同時得到高于10%精度的蒸散量數(shù)據(jù)，LST的精度要求小于1K。然而直接從TIR光譜區(qū)域的輻射發(fā)射估計LST是有困難的因為從衛(wèi)星上的輻射計來測量輻射不僅依賴于地表參數(shù)，同時也有大氣影響。除了輻射計刻度和云量，還需要考慮發(fā)射率和大氣訂正。？陸地表面的強非均質性地表溫度的復雜性空間測量第四頁，共28頁?；A理論背景第五頁，共28頁。普朗克定律維恩位移定律是黑體的分光輻出度，是溫度T(k)和波長的函數(shù)，C1和C2是物理常數(shù)。⑴⑵第六頁，共28頁。輻射傳輸方程RTEΘ，ψ分別代表天頂角和方位角⑶⑷第七頁，共28頁。從空間測量LST的困難和問題（1）從空間測量LST是數(shù)學未定的和未解決的（2）儀器噪聲和錯誤在大氣訂正中對LST獲取的精度影響很大（3）在測量的輻射中很難解耦LST、LSE（陸地表面發(fā)射率）和向下的大氣輻射（4）大氣訂正很難實施（5）白天，反射的太陽輻射很難去除中紅外數(shù)據(jù)（6）如何物理的介紹LST測量結果是一個關鍵問題（7）驗證在傳感器的像素尺度上星載測量的LST是一個挑戰(zhàn)性問題。第八頁，共28頁。反演LST的算法第九頁，共28頁。LST算法LSEs已知，可以歸為三類：單通道法，多通道法，多角度法LSEs未知，可歸為這三類：逐步獲取法同步獲取LSEs和已知大氣信息的LST同步獲取未知大氣信息第十頁，共28頁。已知LSEs單通道法也稱為模式發(fā)散法，利用衛(wèi)星傳感器單通道得到的輻射，選擇大氣窗區(qū)，訂正大氣衰減和發(fā)射后大氣輻射。精度問題？缺點：高質量的輻射傳輸代碼，需要已知LSEs的信息，精確的大氣廓線和充分考慮對流層影響。第十一頁，共28頁。多通道法考慮到單通道法需要已知LSEs、精度高的RTM和大氣廓線，這些需求在實際中很難滿足。由應用于海洋（利用在11和12μm的相鄰通道中的不同大氣吸收，所謂的分裂窗（SW）算法，不需要任何的大氣廓線信息）獲得SST的方法推算出得到LST的算法（這些算法假設LSEs在SW通道是已知的）。第十二頁，共28頁。多通道法——不同的SW算法線性分裂窗算法在兩個相鄰的TIR通道i,j（11-12.5um）中相對于溫度和波長線性化RTE非線性分裂窗算法其中ck和ak等同第十三頁，共28頁。ak是系數(shù)，取決于響應函數(shù)gi,gj和兩通道的發(fā)射率以及蒸散量WV和觀測角度VZA。這一方法反演LST的精度取決于如何正確選擇ak系數(shù)ak的參數(shù)化方案●僅考慮地表比輻射率(LSEs)●考慮LSEsandWV●同時考慮LSEs,WV,andVZA第十四頁，共28頁。第十五頁，共28頁。多角度法和SW法原理一致，多角度法在給定的通道的不同的觀測角度上不同的通道長度基于不同的大氣吸收。Sobrinoetal.(1996)提出線性Sobrinoetal.(2004c)提出剔除WV的影響的非線性修正算法

第十六頁，共28頁。三種方法的比較單通道法需要高質量的輻射傳輸代碼，需要已知LSEs的信息，精確的大氣廓線和充分考慮對流層影響。多通道法不需要大氣廓線數(shù)據(jù)，不考慮地形影響，LSEs精度對SW算法敏感，且具有很大的確定性多角度法無需大氣廓線數(shù)據(jù)，只適用于海水表面溫度反演，不適用陸地第十七頁，共28頁。未知LSEs的情況逐步獲取法①LSE是半經(jīng)驗的，取決于大氣訂正MIR和TIR輻射估計或者可見光/近紅外測量。②估計LST，使用任何單一，多通道（SW）或多角度（雙角）3.1節(jié)中描述的檢索方法。包括分類：發(fā)射型方法（CBEM）、植被指數(shù)發(fā)射方法（NBEM）、溫度獨立光譜指數(shù)方法（TISI）。第十八頁，共28頁。已知大氣信息，同步LST和LSE獲取法包括TTM法，D/N法，GBE法，TES法，ISSTES法，LECTES法LST，LSEs和大氣廓線的同步獲取包括ANN法，TSRM第十九頁，共28頁。驗證衛(wèi)星反演LST的方法第二十頁，共28頁。驗證是一個獨立的評估反演數(shù)據(jù)不確定性的過程。沒有驗證，方法，算法和反演參數(shù)不能使用。主要包括一下三種方法T-basedR-based交叉驗證法第二十一頁，共28頁。T-based優(yōu)點直接評估了衛(wèi)星傳感器輻射能力和LST反演算法訂正大氣和發(fā)射率影響的能力。缺點需要LST有一定的精度，要求在夜間和均質的地表。第二十二頁，共28頁。R-based大氣RTM使用衛(wèi)星反演LST，大氣廓線和LSEs作為初始參數(shù)模擬TOA輻射優(yōu)點不需要使用地面LST測量適用于地表LST測量不可行地區(qū)并向均質和非等溫地區(qū)延伸，并且可能適用于白天或夜間缺點需要大氣RTM和大氣廓線和LSEs的精度第二十三頁，共28頁。交叉驗證法沒有大氣廓線，地面LST測量和前面兩個方法都不能用的情況下。優(yōu)點驗證LST不需要任何地面測量可以在LST產(chǎn)品可靠的前提下適用于全球任何地方缺點兩個測量的觀測時間盡可能短變成同一像素下，需要同樣的觀測天頂角第二十四頁，共28頁。未來的發(fā)展與展望第二十五頁，共28頁。解決方法：一系列的LST模型，在各種天氣條件下都必須發(fā)展包括角歸一化和時間的標準化等用于生產(chǎn)長期的、時間規(guī)范和角度規(guī)范一致的LST產(chǎn)品高光譜TIR數(shù)據(jù)分離LST和LSE的探索以及大氣廓線或大氣量參與大氣校正的檢索將成為定量遙感研究的熱點考慮多光譜和多時段TIR數(shù)據(jù)的結合提取LST的新方法基于物理模型從被動微波數(shù)據(jù)獲得LSTs和一個結合了LSTs和被動微波衛(wèi)星數(shù)據(jù)第二十六頁，共28頁。謝謝