[发明专利]一种具有空间连续性的地表温度仿真方法

说明书

本发明公开了一种具有空间连续性的地表温度仿真方法，属于遥感仿真技术领域，包含以下步骤：(1)利用时间空间数据计算每个像元的坡度、坡向、太阳光入射角；(2)根据分类图确定每个像元的短波反射率、长波发射率、导热系数；(3)确定每个像元的辐射量、大气参数；(4)利用步骤(1)‑(3)中确定的参数，根据考虑纵向传热的一维热平衡方程，求解每个像元的地表温度；(5)在步骤(4)中一维热平衡方程的基础上，加入水平方向邻近像元对目标像元的横向传导热通量，构建三维热平衡方程，求解修正后每个像元的地表温度。该方法与同类方法相比，引进了水平方向的横向热传导，考虑了空间连续性对温度仿真的影响，适用于热红外遥感的研究。

(一)技术领域

本发明涉及一种具有空间连续性的地表温度仿真方法，属于遥感仿真技术领域，适用于热红外遥感的研究。

(二)背景技术

热红外遥感一般指的是工作波段限于红外波段之内的遥感，其工作的波段一般在0.76-1000μm之间。对于所有的物质，只要其温度高于绝对零度，就会向外界空间发出红外辐射。物体的热辐射与物质内部的温度与组成结构有关。因此，空间中的所有物体都会通过热辐射的方式进行能量交换，当物体吸收的外界辐射能量与自身向外界外出的辐射能量相等时，该物体处于热平衡状态中。对于一般物体来说，辐射能量的收支并不处于相等状态，此时物体处于一种非热平衡状态，但是若该热交换过程比较缓慢，导致物体中的热能能够有足够的时间均匀变化，进而处于热平衡状态，可认为其具有准热平衡性质。此时，物体的温度不是恒定不变的，但是对于每一个给定的瞬时时刻，可认为其处于热平衡状态，可用热平衡方程描述该状态。

由普朗克定律可以得到，物体的辐射与其发射率和温度有关，通常情况下目标表面材料一旦固定下来，发射率也就随之确定，然而物体的表面温度却会受到各种复杂因素的影响。因此如何确定地表温度是仿真地表红外图像的关键。目前在传热学上，一般认为地表为半无限大物体，将导热过程简化为一维纵向导热模型，通过纵向的热平衡方程来求解温度，不考虑水平方向上的横向热传导，因此，该方法在空间连续性上有所欠缺，不具备生成为热红外遥感服务的具有空间连续性的地表温度分布图的条件。而温度作为热红外遥感中的一个重要参量，在高分辨率的红外场景仿真中，其数据形式与遥感图像数据形式的匹配性是极其关键的。

(三)发明内容

本发明的目的是提出一种具有空间连续性的地表温度仿真方法，它可以实现对一片区域内地表温度的模拟，服务于热红外遥感，为后续数据处理提供条件。

本发明的技术解决方案为：在DEM数据、短波反射率、长波发射率、地表分类图与大气参数的基础上，利用净辐射能量、发射率、气温、风速和导热系数解算热平衡方程以求解地表温度并建立查找表。输入要仿真的时间、经纬度、大气参数、气象参数等，计算查找表所需量，并查表求得地表温度，在此基础上，考虑邻近像元对目标像元的热传导因素，再次查表，完成对地表温度的修正。

本发明一种具有空间连续性的地表温度仿真方法，其步骤如下：

(1)利用DEM数据、时间、经纬度计算每个像元的坡度、坡向、太阳光入射角；

(2)根据分类图确定各类地物的短波反射率、长波发射率、导热系数；

(3)确定每个像元的太阳辐射通量，大气下行辐射通量、地表热辐射、风速、地表对流换热系数、大气温度、大气透明度经验系数、近地面水汽压、恒温层深度与温度；

(4)利用步骤(1)-(3)中确定的参数，根据考虑纵向传热的一维热平衡方程，求解每个像元的地表温度；

(5)在步骤(4)考虑纵向传热的一维热平衡方程的基础上，加入水平方向邻近像元对目标像元的横向传导热通量，构建三维热平衡方程，求解修正后的每个像元地表温度。

其中，步骤(1)中利用DEM数据求解坡度坡向的公式如下：