[发明专利]一种高精度的热辐射方向性半经验半物理模拟方法

说明书

本发明公开了一种高精度的热辐射方向性半经验半物理模拟方法，通过重组现有的热红外波段半经验半物理的核，提出由基础形状核(LiStrahlerFriedl核)、热点核(RoujeanLagouarde核)及各向同性核组成的三核线性模拟新方法。新方法的热点核同时具备调整热点宽度和热点高度的能力，共含有四个自由变量。基于DART和4SAIL模型模拟的多角度数据集验证表明，相比现有仅含三个自由变量的半经验半物理模拟方法，本发明显著提高了对地表热辐射方向性的模拟精度，有望用于地表温度产品的角度订正，用于地表温度产品的角度归一化，即通过多组倾斜方向的地表温度数据拟合得到垂直方向的地表温度结果。本发明在空间信息技术领域，尤其是定量遥感领域具有重要的应用价值。

技术领域

本发明涉及一种模拟方法，可用于地表温度产品的角度订正，属于卫星遥感技术领域，尤其涉及一种高精度的热辐射方向性半经验半物理模拟方法。

背景技术

地表温度遥感产品被广泛地应用于水文、生态、气象、环境和生物地球化学等领域，是表征地球冷暖的直接指标，是全球变化研究中的基本气候变量。以GOES、MSG、Himawari、FengYun-4为代表的静止卫星及NOAA、Terra/Aqua、FengYun-3为代表的极轨卫星都设置了热红外通道以观测地球表面的热辐射信息。在生产这些卫星地表温度产品的业务化算法中，均假设地表热辐射是各向同性的，并且由于传感器的视场效应，通常都是从倾斜方向进行对地观测。

然而，地面、航空、卫星尺度的研究均表明地表热辐射是各向异性的，并将这种现象称之为热辐射方向性。对于具备复杂三维结构的异温像元，热辐射方向性可导致不同方向观测到的方向亮度温度差异高达10K，严重制约了地表温度产品的精度。即使在均一的沙漠、水面等地表，亦存在着显著的热辐射方向性现象，导致当前不能实现地表温度遥感产品的精度优于1K的目标。

因此，针对不同的地表类型(植被、城市、土壤、水体、冰雪等)，国内外研究者提出了诸多的物理模型来刻画热辐射方向性现象，建立方向亮度温度与地表结构、属性、光谱、温差等参数之间的关系，并试图用来纠正地表方向亮温及地表温度实现角度归一化。然而这些物理模型因为需要的驱动参数太多导致不能实用化，于是近些年来提出了热红外波段的半经验半物理模拟模型，直接通过输入多个方向亮温/温度实现核系数的求解，再基于核系数计算任意方向的亮温/温度，这类模型不需要已知地表的结构、属性、光谱、温差等信息，仅需要输入多个角度的地表亮温/温度观测值及相应的角度信息，即可实现模型中未知数(即核系数)的求解，进而可以拟合出任意方向的亮温/温度。当所有像元的观测角度都纠正到垂直方向时，即实现了地表温度产品的角度归一化。

目前可用于地表温度角度归一化的热红外半经验半物理模拟方法主要有四个：直接扩展自可见光波段的RossThick-LiSparseR模型和RoujeanLagouarde模型，以及基于热辐射特性提出的LiStrahlerFriedl-LiDenseR模型和Vinnikov模型。已有研究结果表明RossThick-LiSparseR和RoujeanLagouarde模型的精度受限于未考虑热辐射的特性，Vinnikov模型受限于其内部两个非各向同性核均为纯经验核，相比而言，LiStrahlerFriedl-LiDenseR模型在目前拥有最高的精度。但是，其仍然存在明显的热点低估现象，需要基于热辐射特性进行改进。

发明内容

为了解决上述技术所存在的不足之处，本发明提供了一种高精度的热辐射方向性半经验半物理模拟方法。

为了解决以上技术问题，本发明采用的技术方案是：一种高精度的热辐射方向性半经验半物理模拟方法，包括以下步骤：

步骤一、构建LiStrahlerFriedl-RoujeanLagouarde模型：