[发明专利]基于Landsat 8数据的海表温度反演方法及系统

说明书

本发明涉及一种基于Landsat 8数据的海表温度反演方法及系统。该方法包括：读入Landsat 8光学与热红外遥感图像及与其对应的大气廓线数据；基于水体与海水发射率数据，结合Landsat 8热红外传感器TIRS的光谱响应函数，以大气廓线为驱动，模拟在不同大气状况、不同海表温度与发射率等组合条件下TIRS两个通道在大气层顶的通道亮温；利用获得的大气柱水汽含量，将大气柱水汽含量分为若干区间，并结合劈窗算法构建各个水汽含量区间的海表温度反演算法，进而计算海表温度并输出结果。该系统包括遥感影像读入模块、大气水汽数据读入模块、数据处理模块和海表温度反演模块。本发明能够获取高精度的海表温度。

技术领域

本发明涉及遥感热红外技术领域，更具体涉及一种基于Landsat 8数据的海表温度反演方法及系统。

背景技术

海表温度(Sea Surface Temperature，SST)是海面进行长波辐射和湍流通量交换的直接驱动力。海表温度表征了海表在不同状态下的热辐射信息与时空变化，作为重要的基础性参量，其已广泛的应用于各个领域，包括全球气候变化、大区域能量平衡、大气环流、海表温度热异常，冰川融雪等。

由于海洋表面复杂多样性，海表温度往往随时间和空间具有显著的变化。随着各个领域对具有时空连续性的海表温度产品需求量的增加，传统的海面站点式测量方式已经无法满足需求。庆幸的是，遥感技术，特别是热红外遥感技术的发展以及地面热辐射机理的研究深入，为进行全球尺度与区域尺度长时间序列海表温度的测量提供了可能。

从遥感观测到的热红外数据来反演海表温度可以追溯到上世纪七十年代，并引起了科学界的广泛关注。通过多年的研究与应用，科学界就遥感反演海表温度的精度基本达成一致，海面温度控制在0.5K以内。但是，由于从海表到达卫星传感器的辐射同时包含了海表和大气信息，所以从热红外数据直接反演海表温度必须同时消除海表本身的发射率效应和大气效应，而这并非易事。截止目前，基于热红外的辐射传输方程，根据不同的传感器设置与假设，人们已发展了多种消除发射率与大气效应的海表温度反演方法。2013年初发射的Landsat 8卫星搭载了新型的热红外传感器(TIRS)，其100m的空间分辨率和两个热红外波段的设置为劈窗算法反演海表温度提供了新的思路。但是，到目前为止，高精度海表温度算法未被提出，阻碍了高精度海表温度产品的生产。因此，发展一种基于Landsat 8热红外数据的可操作性强的高精度海表温度反演方法具有重要意义。

发明内容

本发明要解决的技术问题是如何利用Landsat 8热红外遥感数据构建海表温度反演方法，获取高精度的海表温度。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种基于Landsat 8热红外数据的海表温度反演方法，用于实现海表温度的获取，所述方法包括以下步骤：

S1：读入Landsat 8光学与热红外遥感图像，并读入与Landsat 8影像对应的大气廓线数据；

S2：基于水体与海水发射率数据，结合Landsat 8热红外传感器TIRS的光谱响应函数，以大气廓线为驱动，模拟在不同大气状况、不同海表温度与发射率等组合条件下TIRS两个通道在大气层顶的通道亮温，获得各个大气廓线对应的水汽含量，形成能够覆盖多种大气状况下的模拟数据集；

S3：基于得到的模拟数据集，利用获得的大气水汽含量，将大气水汽含量分为若干区间，并结合劈窗算法构建各个水汽含量区间的海表温度反演算法，进而计算海表温度并输出结果。

进一步地，作为较佳的实施例，对上述各步骤说明如下：

S1：在全球范围内选择了美国环境预报中心NCEP(National Centers forEnvironmental Prediction)海洋表面大气廓线库，提取其中的各层气压、海拔高程、温度、湿度信息；