基于大气校正法的Landsat8TIRS反演地表温度

基于大气校正法的Landsat8TIRS反演地表温度

(2015-07-02 08:22:53)

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标签： 分类： 遥感解决方案 landsat8 地表温度

热红外遥感（Infrared Remote Sensing）是指传感器工作波段限于红外波段范围之内的遥感。即利用星载或机载传感器收集、记录地物的热红外信息，并利用这种热红外信息来识别地物和反演地表参数如温度、湿度和热惯量等。目前有很多的卫星携带了热红外传感器，包括ASTER、AVHRR、MODIS、TM/ETM+/ TIRS等。

目前，地表温度反演算法主要有以下三种：大气校正法（也称为辐射传输方程：Radiative Transfer Equation——RTE）、单通道算法和分裂窗算法。 本实例是基于大气校正法，利用Landsat8 TIRS反演地表温度。

基本原理：首先估计大气对地表热辐射的影响, 然后把这部分大气影响从卫星传感器所观测到的热辐射总量中减去, 从而得到地表热辐射强度, 再把这一热辐射强度转化为相应的地表温度。

具体实现为：卫星传感器接收到的热红外辐射亮度值Lλ由三部分组成：大气向上辐射亮度L↑，地面的真实辐射亮度经过大气层之后到达卫星传感器的能量；大气向下辐射到达地面后反射的能量。卫星传感器接收到的热红外辐射亮度值Lλ的表达式可写为（辐射传输方程）：

Lλ = [εB(TS) + (1-ε)L↓]τ + L↑ （1.1）

式中，ε为地表比辐射率，TS为地表真实温度(K)，B(TS)为黑体热辐射亮度，τ为大气在热红外波段的透过率。则温度为T的黑体在热红外波段的辐射亮度B(TS)为：

B(TS) = [Lλ - L↑- τ(1-ε)L↓]/τε （1.2）

Ts可以用普朗克公式的函数获取。

TS = K2/ln(K1/ B(TS)+ 1) （1.3）

对于TM，K1 =607.76 W/(m2*μm*sr)，K2 =1260.56K。 对于ETM+，K1=666.09 W/(m2*μm*sr)，K2 =1282.71K。

对于TIRS Band10，K1= 774.89 W/(m2*μm*sr)，K2 = 1321.08K。

从上可知此类算法需要2个参数：大气剖面参数和地表比辐射率。大气剖面参数 在NASA提供的网站(http://atmcorr.gsfc.nasa.gov/)中，输入成影时间以及中心经纬度可以获取大气剖面参数。适用于只有一个热红外波段的数据，如Landsat TM /ETM+/TIRS数据。

主要内容就是使用BandMath工具计算公式（1.2）和公式（1.3），处理流程如下图所示。

注：OLI大气校正是可选项，根据前人研究成果，大气校正处理对结果影响不是很大。

图1.1 基于大气校正法的TIRS反演流程图

1、图像辐射定标

(1)在主界面中，选择File→Open，在文件选择对话框中选择\\文件，ENVI自动按照波长分为五个数据集：多光谱数据（1-7波段），全色波段数据（8波段），卷云波段数据（9波段），热红外数据（10，11波段）和质量波段数据（12波段）。 （2）在Toolbox工具箱中，选择Radiometric Correction/Radiometric Calibration。在

File Selection

对话框中，选择数据

LC81230322013132LGN02_MTL_Thermal，单击Spectral Subset选择Thermal Infrared1（10.9），打开Radiometric Calibration面板。 （3）在Radiometric Calibration面板中，设置以下参数：

? ?

定标类型（Calibration Type）：辐射亮度值（radiance）。 其他选择默认参数。

（4）选择输出路径和文件名1-LC81230322_band10_rad.dat，单击OK按钮执行定标处理。得到Band10辐射亮度图像。 2、 地表比辐射率计算

TIRS的Band10热红外波段与TM/ETM+6热红外波段具有近似的波谱范围，本例采用TM/ETM+6相同的地表比辐射率计算方法。使用Sobrino提出的NDVI阈值法计算地表比辐射率。 ε=0.004Pv+0.986 （1.4）

其中， Pv是植被覆盖度，用以下公式计算：

Pv = [(NDVI- NDVISoil)／(NDVIVeg - NDVISoil)] （1.5）