本發明專利技術公開了一種國產寬波段熱紅外載荷地表溫度估算方法，包括可見光與近紅外波段、熱紅外波段輻亮定標；根據NDVI閾值法實現地表發射率的計算；獲取ERA5大氣再分析數據，并根據衛星過境時間及熱紅外影像進行時空插值；運行大氣輻射傳輸模型MODTRAN，計算大氣透過率、大氣上行輻射、大氣下行輻射；利用水汽縮放大氣校正方法對大氣參數進行調整，通過地表溫度估算模型估算地表溫度。本發明專利技術針對國產寬波段熱紅外載荷，優化了地表發射率及大氣參數計算方法，有效實現了國產寬波段熱紅外載荷地表溫度信息的快速、準確、工程化估算。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及衛星遙感定量反演領域，具體地涉及一種國產寬波段熱紅外載荷地表溫度估算方法。
技術介紹
1、地表溫度(land?surface?temperature，lst)是描述地球表面與大氣能量交換的關鍵物理量之一，它反映了地表與大氣之間的熱傳輸過程，以及大氣對地表熱量的吸收、輻射、傳輸和散射等復雜作用。地表溫度作為一個眾多學科基礎的關鍵參數，它是眾多學科研究的基礎，具有廣泛的應用價值。它不僅能夠反映地表能量平衡狀態的時空變化，并且對于了解全球氣候變化、評估農業資源的生長情況、監測城市環境等方面具有重要意義。
2、5米光學02星是我國一顆可以對地表進行高分辨率觀測和成像的對地觀測衛星，搭載一個寬波段熱紅外載荷，地表溫度僅能通過熱紅外輻射傳輸方程進行估算，該算法假設大氣中存在一系列不同溫度和濕度的層，每一層的溫度和濕度都會對輻射傳輸產生影響，通過逐一分析并去除這些影響，進而獲得較為精確的地表溫度值，由于受到各種條件的限制，實時獲取大氣廓線數據的難度較大，較難進行工程化應用。同時，衛星在大氣層頂探測到的輻射值通常是地表發射率、地表溫度和大氣輻射之間的耦合結果，在這個輻射傳輸過程中不僅要考慮大氣的影響還要考慮到地表反射率等因素，導致5米光學02星地表溫度估算更為復雜。
技術實現思路
1、本專利技術針對國產寬波段熱紅外載荷特性，提供一種國產寬波段熱紅外載荷地表溫度估算方法，從而解決現有技術的上述問題。
2、一種國產寬波段熱紅外載荷地表溫度估算方法，包括以下步驟：</p>3、s1、對光學及熱紅外影像數據進行輻射定標處理，獲得可見光與近紅外波段地表反射率及熱紅外波段輻亮度數據；
4、s2、利用步驟s1獲取的可見光與近紅外波段地表反射率數據計算地表發射率；
5、s3、根據熱紅外影像數據空間范圍及拍攝時間，獲取era5大氣再分析數據，并進行時空差值；
6、s4、利用步驟s3獲取的再分析數據，計算大氣透過率、大氣上行輻射、大氣下行輻射等大氣參數；
7、s5、利用步驟s1獲取的熱紅外波段輻亮度數據，利用步驟s2獲取的地表發射率數據，利用步驟s4獲取的大氣參數，構建地表溫度估算模型，實現地表溫度估算。
8、在一些具體實施例中，在步驟s1中，獲取光學、熱紅外影像數據定標系數，根據下式，完成輻射定標，可見光與近紅外波段定標結果為地表反射率，熱紅外波段定標結果為輻亮度數據：
9、l＝gain×dn+offst???????????????????????????????????????(1)
10、式中，gain和offset分別為增益值和偏移值，dn為遙感圖像原始dn值。
11、在一些具體實施例中，在步驟s2中，通過ndvi閾值法實現地表發射率的快速估算，包括以下步驟：
12、s21、根據下式計算所有影像像元ndvi值：
13、
14、式中，ρred，ρnir分別為紅光波段、近紅外波段地表反射率值；
15、s22、當影像中像元ndvi值滿足ndvi<0.2時，認為該像元為裸土像元，其地表發射率由7個可見光或近紅外波段地表反射率進行擬合估算：ε＝1.008+ρ1*0.437-ρ2*0.58-ρ3*1.418+ρ4*0.261+ρ5*0.395+ρ7*0.503-ρ8*0.074(3)
16、式中，ρ1、ρ2、ρ3、ρ4、ρ5、ρ7、ρ8分別為可見光與近紅外數據中第1、第2、第3、第4、第5、第7和第8波段的地表反射率值；
17、s23、當影像中像元ndvi值滿足0.2≤ndvi≤0.5時，認為該像元為混合像元，其地表發射率由下式計算：
18、ε＝pv·εv+(1-pv)εs+cλ???????????????????????????????(4)
19、式中，εv、εs分別是國產寬波段熱紅外波段的植被和裸土的地表發射率，通過國產寬波段熱紅外載荷光譜相應函數與aster光譜庫卷積計算獲取；
20、pv是植被覆蓋度，由下式計算：
21、
22、式中，ndvis為裸土像元的ndvi值，取值為0.2。ndviv為植被像元的ndvi值，取值為0.5。cλ代表像元內組分間多次散射而形成的腔體效應參數，可以通過下式估算：
23、cλ＝(1-εs)(1-pv)fεv??????????????????????????????????????(6)
24、式中，f為形狀因子，采用均值0.55；
25、s24、當影像中像元ndvi值滿足ndvi>0.5時，認為該像元為植被像元，其地表發射率由下式計算：
26、ε＝εv+0.005(7)。
27、在一些具體實施例中，步驟s3中具體包括以下步驟：
28、s31、時間閾差值利用衛星過境前后整點時間，采用線性插值模型方法獲得衛星過境時間的再分析數據，由下式計算：
29、
30、式中，y(t)指經插值后衛星過境時間對應的再分析數據中每一層對應的大氣溫度、濕度、臭氧含量等參數；t0、t1分別指過境時間前、后的整點時間；
31、s32、空間閾差值利用國產寬波段熱紅外影像像元p(x，y)最近的4個點位，根據步驟s31計算結果值，通過雙線性插值生成衛星過境時間的同等分辨率的再分析數據，由下式計算：
32、
33、式中f(p)指經插值后衛星過境時刻與國產寬波段熱紅外影像同等分辨率的再分析數據中每一層對應的溫度、濕度、臭氧含量等參數，p11(x1，y1)、p12(x1，y2)、p21(x2，y1)、p22(x2，y2)為再分析數據中距離像元p最近的4個點。
34、在一些具體實施例中，在步驟s4中，將步驟s3處理后的再分析數據輸入到大氣輻射傳輸模型modtran中，運行模型計算得到大氣透過率、大氣上行輻射和大氣下行輻射等大氣參數。
35、在一些具體實施例中，在步驟s5中，構建地表溫度估算模型，實現地表溫度估算，具體包括以下步驟：
36、s51、利用水汽縮放大氣校正方法對步驟s4獲取的大氣透過率、大氣上行輻射、大氣下行輻射等大氣參數進行調整；
37、s52、利用下式估算星上亮溫：
38、
39、式中，是輻亮度，ελ是地表發射率，是大氣下行輻射，是大氣上行輻射，b為planck函數；
40、s53、地表溫度估算由下式計算：
41、
42、式中，c1、c2是planck函數的常量，c1＝1.19104×108w·μm4·m-2·sr-1，c2＝14387.7μm·k，λ為有效波長。
43、本專利技術的有益效果是：本專利技術提供了一種國產寬波段熱紅外載荷地表溫度估算方法，包括以下步驟：對光學及熱紅外影像數據進行輻射定標處理，獲得可見光與近紅本文檔來自技高網
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【技術保護點】
1.一種國產寬波段熱紅外載荷地表溫度估算方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的國產寬波段熱紅外載荷地表溫度估算方法，其特征在于，在所述步驟S1中，獲取光學、熱紅外影像數據定標系數，根據下式，完成輻射定標，所述可見光與所述近紅外波段定標結果為地表反射率，熱紅外波段定標結果為輻亮度數據：
3.根據權利要求2所述的國產寬波段熱紅外載荷地表溫度估算方法，其特征在于，在所述步驟S2中，通過NDVI閾值法實現地表發射率的快速估算，包括以下步驟：
4.根據權利要求3所述的國產寬波段熱紅外載荷地表溫度估算方法，其特征在于，所述步驟S3中具體包括以下步驟：
5.根據權利要求4所述的一種國產寬波段熱紅外載荷地表溫度估算方法，其特征在于，在步驟S4中，將所述步驟S3處理后的再分析數據輸入到大氣輻射傳輸模型MODTRAN中，運行模型計算得到大氣透過率、大氣上行輻射和大氣下行輻射等大氣參數。
6.根據權利要求5所述的一種國產寬波段熱紅外載荷地表溫度估算方法，其特征在于，在所述步驟S5中，構建地表溫度估算模型，實現地表溫度估算，具體包括以下步驟：
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【技術特征摘要】
1.一種國產寬波段熱紅外載荷地表溫度估算方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的國產寬波段熱紅外載荷地表溫度估算方法，其特征在于，在所述步驟s1中，獲取光學、熱紅外影像數據定標系數，根據下式，完成輻射定標，所述可見光與所述近紅外波段定標結果為地表反射率，熱紅外波段定標結果為輻亮度數據：
3.根據權利要求2所述的國產寬波段熱紅外載荷地表溫度估算方法，其特征在于，在所述步驟s2中，通過ndvi閾值法實現地表發射率的快速估算，包括以下步驟：
4.根據權利...
【專利技術屬性】
技術研發人員：劉宇，王光輝，張濤，王詠昕，齊建偉，張偉，陸塵，鄭利娟，艾萍，鄒運佳，
申請(專利權)人：自然資源部國土衛星遙感應用中心，
類型：發明
國別省市：
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