[发明专利]一种基于辐射亮度的劈窗地表温度反演方法

说明书

地表温度是地球与大气相互作用的物理过程的重要参量，广泛地应用于水文、气象、全球碳平衡和全球变化等研究中。本发明通过直接建立两个热红外通道辐射亮度之间的关系，代替简化普朗克函数用于辐射传输方程组的求解，同时引入一个大气参数(大气下行辐射和大气上行辐射的比值)来提高简化辐射传输方程的精度，提出了一个基于辐射亮度的劈窗算法(RBSWA)，并将算法应用于MODIS数据地表温度反演。与先前基于亮度温度的劈窗算法相比，RBSWA的地表温度反演精度提高了约0.5K。本发明提出的方法原理也适用于其他热红外遥感数据。

技术领域

本发明涉及一种MODIS地表温度反演方法，能够应用在农业、林业、气象、生态环境以及国防军事等遥感部门。

背景技术

劈窗算法，又称双通道算法，是目前最通用的热红外遥感地表温度反演方法。劈窗算法利用两个热红外通道大气吸收差异来校正大气影响，解算出地表真实温度。目前的劈窗算法都是建立地表温度与两个热红外通道亮度温度之间的模型，可以统称为基于亮度温度的劈窗算法。为了建立地表温度与两个热红外通道亮度温度之间的模型，需要简化普朗克方程，用简单的模型来表示普朗克辐射亮度与亮度温度之间的关系。最常用的简化普朗克方程的方法是泰勒扩展。当地表比热容较大、大气水汽含量较高的条件下，地表温度与星上亮度温度之间的差异显著，基于泰勒扩展方法的辐射亮度与亮度温度之间的转换精度较差，转换误差大于0.2K。本发明直接建立两个热红外通道辐射亮度之间的关系，代替建立普朗克辐射亮度与亮度温度之间的关系，提高了两个通道辐射亮度之间的转换精度，建立了地表温度与两个热红外通道辐射亮度之间的关系，提出一个基于辐射亮度的劈窗算法(简称RBSWA)，并应用于MODIS数据地表温度反演。

发明内容

本发明提出了一个基于辐射亮度的劈窗地表温度反演方法，可以实现MODIS数据地表温度反演，方法如下：

其中B₃₁(T_S)＝A₀L₃₁-A₁L₃₁+A₂ (式1)

式中，T_S表示地表温度，B₃₁(T_S)表示温度为T_S的黑体对应的MODIS 31波段的辐射亮度，K_31,1和K_31,2分别表示MODIS 31波段的热红外辐射常数(可从元数据中获取)，L₃₁和L₃₂分别表示MODIS 31和32波段的星上辐射亮度，A₀、A₁和A₂表示劈窗系数，计算公式如下：

式中，k(L₃₁)和b(L₃₁)表示两个热红外通道辐射亮度之间转化相关的参数，C₃₁、C₃₂、D₃₁和D₃₂表示中间变量。k(L₃₁)和b(L₃₁)计算公式如下：

式中，K_32,1和K_32,2分别表示MODIS 32波段的热红外辐射常数(可从元数据中获取)。

C₃₁、C₃₂、D₃₁和D₃₂计算公式如下：

C₃₁＝ε₃₁τ₃₁