[发明专利]一种基于辐射亮度的劈窗地表温度反演方法

摘要

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。

主权项

1.一种基于辐射亮度的劈窗地表温度反演算法，其特点是以星上辐射亮度直接作为算法的输入；步骤为：第一步、计算星上辐射亮度，星上辐射亮度L₃₁和L₃₂由影像DN值经辐射定标得到；第二步、计算地表比辐射率，地表比辐射率ε₃₁和ε₃₂用NDVI阈值法计算得到；第三步、计算大气水汽含量，大气水汽含量w用比值法从近红外数据反演得到，或用基于NDVI的劈窗协方差与方差比法从热红外数据反演得到；第四步、计算地表温度，地表温度的计算公式为：其中B₃₁(T_S)＝A₀L₃₁‑A₁L₃₂+A₂；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MODIS31波段的辐射亮度，K_31,1和K_31,2分别表示MODIS31波段的热红外辐射常数，L₃₁和L₃₂分别表示MODIS31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)的计算公式如下：式中，K_32,1和K_32,2分别表示MODIS32波段的热红外辐射常数；C₃₁、C₃₂、D₃₁和D₃₂的计算公式如下：C₃₁＝ε₃₁τ₃₁；C₃₂＝ε₃₂τ₃₂；式中，ε₃₁和ε₃₂分别表示MODIS31和32波段的地表比辐射率，τ₃₁和τ₃₂分别表示MODIS31和32波段的大气有效透过率，和分别表示MODIS31和32波段的大气上行辐射与大气下行辐射的比值；τ₃₁、τ₃₂、和的计算公式如下：τ₃₁(θ)＝1‑(0.088373·w+0.04424)/cos(θ)τ₃₂(θ)＝1‑(0.096298·w+0.118442)/cos(θ)式中，w表示大气水汽含量。