[发明专利]卫星遥感产品支持的单通道法地表温度反演方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种卫星遥感产品支持的单通道法地表温度反演方法，适用于具有单一热红外通道的卫星影像的地表温度遥感反演。

背景技术

地表温度是进行区域和全球尺度地球表面物理过程研究的一个重要参数，是研究地气系统能量平衡、地气相互作用的基本物理量。在环境以及灾害监测中，地表温度也发挥着重要的作用，如对影响城市生活舒适度的热岛效应的监测，对影响农作物产量的旱灾的监测，对危害森林、草地的火灾监测等。因此，精确获取地表面温度具有重要的实际意义。随着定量遥感技术的发展，近年来使用具有热红外通道的卫星传感器反演地表温度的研究也得到越来越多的开展。

在地表温度反演中，地表比辐射率的确定是一个关键的问题，其确定精度直接影响地表温度的反演精度。常用的地表比辐射率确定方法主要有以下两种，第一种是基于地表分类的方法。第二种是基于地表比辐射率和植被指数或植被覆盖度之间的统计关系模型，如Sobrino（2001年）提出的混合像元比辐射率估算方法。由于第二种方法获取数据容易，而且精度较高，被广泛用于地表温度反演时地表比辐射率的确定。但由于部分卫星传感器不能实时获取与热红外通道相对应的植被指数或植被覆盖信息，限制了地表温度反演工作的开展。如我国发射的HJ-1B IRS传感器与可以获取植被指数的HJ-1B CCD数据覆盖区域有较大的差异，若用HJ-1B CCD数据来确定HJ-1B IRS覆盖区域的植被指数，一方面不能实现HJ-1B IRS地表温度的实时反演，另一方面由于受两个数据上云量之和的影响，会严重降低反演的空间范围。

发明内容

针对现有技术中部分热红外数据在运用单通道方法开展地表温度反演时，不能精确地确定地表比辐射率的技术问题，本发明提出了一种卫星遥感产品支持的单通道法地表温度反演方法，地表比辐射率确定精度较高，利于实现该类型传感器单通道法地表温度的反演。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

卫星遥感产品支持的单通道法地表温度反演方法，包括如下步骤:

a、收集与待反演影像同时相的16天合成的MODIS地表植被指数产品NDVI；

b、将步骤a中获得的MODIS地表植被指数产品NDVI进行投影转换，转换到与IRS数据相统一的UTM投影下，并对MODIS地表植被指数产品NDVI进行重采样运算；

将MODIS NDVI数值从大到小等间隔进行密度分割，并统计各个区间内的像元个数及其所占百分比；然后将IRS第1波段反射率值同样按照降序排列统计，以与MODIS NDVI区间范围占相同百分比为匹配条件对图像进行分割；

根据MODIS影像的NDVI区间范围，对分割后的IRS影像赋予新的NDVI值；

c、基于NDVI与地表比辐射率的统计模型，计算地表比辐射率；

d、获取与IRS数据同时相的MODIS水汽通道数据，用三通道比值法来实现大气水汽含量的反演，确定HJ-1B IRS的水汽含量；

e、将步骤c和步骤d中得到的地表比辐射率ε_λ和水汽含量代入QK&B算法或JM&S算法得到地表温度反演结果。

上述步骤b中，具体赋值方法如下：

b1、根据土壤的光谱特征，当NDVI＜0.2，认为地表全部由裸土构成，对应IRS近红外波段NDVI取0.2；

b2、考虑当植被覆盖较高时，NDVI趋于饱和，因此当NDVI＞0.7，将对应IRS近红外波段NDVI统一取最大值0.8；

b3、当NDVI在0.2-0.7之间，认为地表由植被和裸土两种地表构成，以0.1的间隔等分，对应IRS近红外波段赋予各区间的上限值，NDVI依次取0.3-0.7。

上步骤c中，在NDVI确定之后，植被和土壤的发射率ε_v、ε_s分别由ASTER光谱库提供的发射率曲线与IRS热红外波段光谱响应函数进行卷积运算获得：ε_v=0.9833，ε_s=0.9732；

地表比辐射率ε_λ的计算公式为：ε_λ＝0.9732+0.0101*NDVI。

本发明具有如下优点：