[发明专利]一种面向宽波段热红外传感器的地表温度反演方法

说明书

本发明公开了一种面向宽波段热红外传感器的地表温度反演方法。本发明的主要步骤为：首先通过宽波段热红外传感器获取观测数据时，将宽波段光谱响应函数以设定的固定间隔分割为多个窄通道，然后根据各窄通道获得的辐射能量，建立辐射能量与宽波段热红外传感器获取的亮度温度的公式，最后通过求解步骤建立的公式，即可获得地表温度。本发明的有益效果是：本发明提出的反演方法采用传感器光谱响应范围内的多个等效波长代入辐射传输方程和普朗克黑体辐射方程对LST进行求解，从而实现提高LST的反演精度和确保LST反演的实施简易性。

技术领域

本发明属于热红外遥感技术领域，具体涉及一种面向宽波段热红外传感器的地表温度反演方法。

背景技术

地表温度(land surface temperature，LST)一种表征地表辐射特性以及地表与大气之间能量交换的重要参数。LST广泛应用于气候、环境、农业等研究领域。宽波段热红外传感器常置于地面或低空，对地表的亮度温度进行观测。由于受大气影响较小，地面获取的LST可验证卫星遥感LST产品。从低空无人机或有人机的热像仪数据可以得到目标区域内高空间分辨率和高时间分辨率的LST图像。将地表与低空观测的LST相结合，则有助于分析异质性下垫面的辐射特性，进而促进异质性下垫面卫星遥感LST验证。因此，从地面和低空观测数据中反演高精度LST对相关研究尤为重要。

目前，针对单通道传感器的地表温度反演方法主要有两种类型：(1)采用面向单通道的反演方法：此类方法主要借助辐射传输方法或其简化方法近似剔除大气影响，并代入通过光谱响应函数在响应波段内积分计算得到的等效波长求解LST。这类方法操作上比较简单，但是应用于宽波段热红外传感器的观测数据时，LST反演精度较低。(2)查找表方法：此类方法借助于辐射传输模型，代入多种大气廓线和地表发射率等数据，建立LST与传感器观测亮度温度之间的对应关系，这种方法的问题在于，实施过程复杂且高度依赖于传感器光谱响应特征，建立查找表过程需要大量的模拟计算，而且对于不同传感器需要建立不同的查找表。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种从宽波段热红外传感器的观测数据中简易地反演出高精度LST的方法。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种面向宽波段热红外传感器的地表温度反演方法，包括以下步骤：

S1、将宽波段热红外传感器的光谱响应函数以设定的固定间隔分割为多个窄通道，每个窄通道的等效波长为：

式中，λ_i为第i个窄通道的等效波长，单位μm；λ₁和λ₂为窄通道i的起止波长；f(λ)为波长λ处的光谱响应函数；

S2、根据各窄通道获得的辐射能量，建立辐射能量与宽波段热红外传感器获取的亮度温度T_sen的公式：

其中，n是窄通道的数量，为第i个窄通道的辐射亮度，B_λ(T_s)为地表温度是T_s时的地表辐亮度，单位W/(m²·sr·μm)，τ为大气透过率，L^↓和L^↑是大气下行辐射和大气上行辐射，单位是W/(m²·sr·μm)，L^solar表示传感器观测到的由太阳贡献的辐亮度，b是比例系数，b≈a_jT²+b_jT+c_j，a、b、c为传感器j所对应的系数，σ为斯特藩-玻尔兹曼常数，取值5.67×10^-8W·m^-2·K^-4，△λ_i为等效波段宽度：

f_i(λ)是传感器在第i个窄通道内的光谱响应函数；