[发明专利]一种地表温度多通道热红外遥感反演方法

说明书

本发明公开了一种地表温度多通道热红外遥感反演方法，整体步骤为：获取N个通道的卫星观测亮温；将N个通道的卫星观测亮温进行排列，得到N*(N‑1)组由两个不同通道卫星观测亮温构成的通道排列；从N*(N‑1)组通道排列中选取M组，应用SW算法得到共M个通道的地面观测亮温；收集所有可用的大气信息，估算M个通道的大气下行辐射亮度；基于获取的M个通道的地面观测亮温与估算的M个通道的大气下行辐射亮度，使用TES算法反演得到最终的地表温度与发射率。本发明提供了一种无需任何辅助信息的地表温度多通道热红外遥感反演方法，可以从多通道热红外卫星遥感观测数据中同时反演得到地表温度与发射率，不再受先验知识精度的限制。

技术领域

本发明涉及一种反演方法，尤其涉及一种地表温度多通道热红外遥感反演方法，属于遥感反演技术领域。

背景技术

地表温度是描述区域及全球水热变化的重要物理量，也是驱动陆地与大气之间能量交换的关键因素。精确的地表温度产品不仅能够反映能量平衡状态下地表辐射的时空动态变化信息，而且有助于土壤湿度、大气温度等水热参数的估算，它对研究全球或区域能量平衡、气候变化、环境监测等都具有重要意义，因此地表温度成为了水文学、气象学、气候学等许多研究领域中的一个重要输入参数。热红外卫星遥感技术提供了一种大范围获取地表温度数据的手段，具有传统野外测量方法所不具备的高效、廉价等优势。

从多通道热红外卫星遥感观测数据中反演地表温度信息在理论上存在一个病态问题，即如果有A个观测通道，根据辐射传输理论可得A个方程，但是却存在A+1未知数(A个通道的发射率+1个地表温度)，因此不管采用几个观测通道，方程数总比未知数少一。经过数十年的研究，学者们已经发展出了很多方法来解决这一问题，这些方法在一定的假设条件下，可以准确的从卫星遥感观测数据中反演出地表温度信息，现有的方法大致可分为四类：单通道法、日/夜法、分裂窗法与温度/发射率分离法。其中，单通道法假设精确的大气廓线与地表发射率信息都为已知；日/夜法不需要已知地表发射率信息，但是需要大气廓线的形状信息，并且假设地表发射率在白天和晚上变化不大，另外该方法的精度还受日/夜影像配准误差的影响，并且需要对方程组进行求解，方法较为复杂，不便于推广使用；分裂窗法不需要已知任何大气信息，它可以使用两个相邻的通道去除大气影响，但是地表温度的反演精度受输入的两个通道的发射率精度影响较大；温度/发射率分离法可以准确的对地表温度与发射率进行分离，但是该方法需要精确的大气校正才能保障较高的精度。很明显，这些方法都有各自的优缺点，并且都需要在已知一定先验知识的情况下，才能反演得到精确的地表温度信息。然而，在实际应用环境中，由于可利用的大气廓线等先验知识通常来自基于地面观测数据或基于其它卫星观测数据生产的产品，与热红外卫星观测数据之间不仅存在空间分辨率上的差异，而且大多数情况下还存在获取时间上的不匹配问题，并且这些产品自身也包含一定的不确定性，这些都将严重影响先验知识的精度，进而影响到地表温度与发射率的反演精度。

发明内容

为了解决上述技术所存在的不足之处，本发明提供了一种地表温度多通道热红外遥感反演方法。

为了解决以上技术问题，本发明采用的技术方案是：一种地表温度多通道热红外遥感反演方法，整体步骤为：

步骤1、获取N个通道的卫星观测亮温；

步骤2、将N个通道的卫星观测亮温进行排列，得到N*(N-1)组由两个不同通道卫星观测亮温构成的通道排列；

步骤3、从N*(N-1)组通道排列中选取M组，3≤M≤N^*(N-1)；对每组通道排列应用SW算法(Split Window Algorithm，分裂窗算法)，依次消除每个通道上的大气上行辐射与大气透过率的影响，得到共M个通道的地面观测亮温；

步骤4、收集所有可用的大气信息，尽可能准确的估算步骤3中M个通道的大气下行辐射亮度；