基于环境卫星数据对温度反演的方法

基于环境卫星数据对温度反演的方法

黄兵

黄兵1

（1.沈阳建筑大学土木工程学院，辽宁沈阳110168）

摘要：地表温度是地球环境中的一个关键参数,可探测地表温度的热红外波段在光谱谱段中占有重要位置。针对近年来发射的HJ-1B星波段特点,用遥感数据，采用单窗算法反演地表温度。

关键字：遥感反演地表温度单窗算法

1引言我国于2008年9月成功发射的“环境与灾害监测预报小卫星星座”的B星(HJ一1B)搭载了一台红外相机(IRS)，其第4通道光谱范围为10.5～12.5μm，星下点空间分辨率为300m，幅宽为720km，能在96h对全球覆盖一次，在地表热辐射监测等领域具有较大的应用潜力。

环境资源卫星A和B(HJ-A/B)星是我国继气象、海洋、国土资源卫星之后一个全新的民用卫星。可一定程度上满足城市环境污染与热岛监测的需要。

2地表温度的反演

2.1.辐亮度的推算

对于IRS热红外波段图像，DN值转换为辐亮度图像的公式为:

（1）

为绝对定标系数增益值为61.472,为偏移量其值为-44.598，转换后辐亮度单位为。

2.2.地表温度推算

本文采用单窗算法：

（2）

式中,是地表温度,是亮度温度,是有效中心波长,是有效中心波长,为常数。ε是地表比辐射率。

(3)

式中为普朗克常数，为光速，为波尔兹曼常数。

有效中心波长利用通道响应函数从下式获取:

(4)

上式经积分得有效中心波长利用通道响应函数积分得到λ=11.55μm。

亮温的计算公式：

(5)

式中,和是常量，=579.20，=1245.58K。

地表比辐射率的推算：

从卫星像元的尺度来看自然表面，城镇和水体是地球表面的三种构成。水体像元往往为单一的水体组成，因此，主要考虑自然表面与城镇的比辐射率。，参考文献，将自然表面与城镇的比辐射率ε统一为以下表达式：（6）

上式中，表示植被覆盖度，为植被的温度比率，为植被的比辐射率，为裸土或者建筑表面的温度比率，为裸土或者建筑表面的比辐射率，为植被与和裸土或者建筑表面之间的热辐射相互作用而建立的发射率修正量。

植被覆盖的的表达式为：

（7）

式中，为归一化植被指数，、分别为植被、裸土的值，一般取，来近似估计。

反演的实现：利用上述过程中获取的地表发射率、大气平均作用温度和大气透过率数据，通过HJ一1B星，经过以上公式步骤，根据（1）-(7)在ENVI中计算，或者在ERDASIMAGINE的ModelMaker中建模计算，得到浮点型灰度图像。

3结论

利用热红外遥感可以在短时间内获得大范围的地表温度及其温度场的空间分布信息,与传统方法相比,具有快速、便捷、观测范围大和信息连续等优点,因此,利用热红外遥感数据反演地表温度的技术得到了广泛的应用。

目前用一个热红外通道反演地表温度的研究最多的是TM,且反演算法较为成熟,反演结果也较可靠。HJ-1B与TM都仅有一个热红外通道,且波段范围与Landsat5TM6相近,但其具有较高的时间分辨率,幅宽大(720km)的优势。目前利用HJ-1B的热红外波段进行地表温度反演的研究尚不多见,本文通过多源遥感数据获取了反演地表温度所需的参数,利用普适性单通道算法,对只有一个热红外通道的HJ-1B反演了地表温度。

参考文献：

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[2]葛伟强，周红妹，杨引明，丁金才.基于遥感和GIS的城市绿地缓解热岛效应作用研究[J].遥感技术与应用，2006，21(5):432一435

[3]杨英宝，苏伟忠，江南，南京市热岛效应时空特征的遥感分析，遥感技术与应用，2006，21(6):488一492

[4]田国良，柳钦火，余涛，等．热红外遥感[M]．北京；电子工业出版社，2006．