基于大氣校正法的Landsat8TIRS反演地表溫度

1、基于大氣校正法的Landsat8TIRS反演地表溫度(2015070208:22:53)轉載標簽：分類：遙感解決方案landsat8地表溫度熱紅外遙感(InfraredRemoteSensing)是指傳感器工作波段限于紅外波段范圍之內的遙感。即利用星載或機載傳感器收集、記錄地物的熱紅外信息，并利用這種熱紅外信息來識別地物和反演地表參數(shù)如溫度、濕度和熱慣量等。目前有很多的衛(wèi)星攜帶了熱紅外傳感器，包括ASTER、AVHRR.MODIS、TM/ETM+/TIRS等。目前，地表溫度反演算法主要有以下三種：大氣校正法(也稱為輻射傳輸方程：RadiativeTransferEquatioRTE)、單通道算

2、法和分裂窗算法。本實例是基于大氣校正法，利用Landsat8TIRS反演地表溫度?；驹恚菏紫裙烙嫶髿鈱Φ乇頍彷椛涞挠绊?，然后把這部分大氣影響從衛(wèi)星傳感器所觀測到的熱輻射總量中減去，從而得到地表熱輻射強度，再把這一熱輻射強度轉化為相應的地表溫度。具體實現(xiàn)為：衛(wèi)星傳感器接收到的熱紅外輻射亮度值L由三部分組成：大氣向上輻射亮度L仁地面的真實輻射亮度經(jīng)過大氣層之后到達衛(wèi)星傳感器的能量；大氣向下輻射到達地面后反射的能量。衛(wèi)星傳感器接收到的熱紅外輻射亮度值J的表達式可寫為(輻射傳輸方程)：5=DB(TS)+(1TLJt+Lf(1.1)式中，功地表比輻射率，TS為地表真實溫度(K),B(Ts)為黑體熱輻

3、射亮度，T為大氣在熱紅外波段的透過率。則溫度為T的黑體在熱紅外波段的輻射亮度B(Ts)為：B(Ts)=L-*Tl-dU/T8(1.2)Ts可以用普朗克公式的函數(shù)獲取。Ts=K2/ln(K/B(TS)+1)(1.3)對于TM,K1=607.76W/(m2*m*sr),K2=1260.56K。丄2對于ETM+,Kl=666.09W/(m2*m*sr),K2=1282.71K。丄2對于TIRSBandlO,K1=774.89W/(m2*m*sr),K2=1321.08K。丄2從上可知此類算法需要2個參數(shù)：大氣剖面參數(shù)和地表比輻射率。大氣剖面參數(shù)在NASA提供的網(wǎng)站(http:/atmcorr.gsf

4、中，輸入成影時間以及中心經(jīng)緯度可以獲取大氣剖面參數(shù)。適用于只有一個熱紅外波段的數(shù)據(jù)，如LandsatTM/ETM+/TIRS數(shù)據(jù)。主要內容就是使用BandMath工具計算公式(丄.2)和公式(1.3)，處理流程如下圖所示。在主界面中，選擇File-Open,在文件選擇對話框中選擇LC81230322013276LGN00_MTL.txt文件，ENVI自動按照波長分為五個數(shù)據(jù)集：多光譜數(shù)據(jù)(1-7波段)，全色波段數(shù)據(jù)(8波段)，卷云波段數(shù)據(jù)(9波段)，熱紅外數(shù)據(jù)(10,11波段)和質量波段數(shù)據(jù)(12波段)。(2) 在Toolbox工具箱中，選擇RadiometrieCorre

5、ction/RadiometrieCalibration。在FileSeleetion對話框中，選擇數(shù)據(jù)LC81230322013132LGN02_MTL_Thermal，單擊SpectralSubset選擇ThermalInfrared1(10.9)，打開RadiometrieCalibration面板。(3) 在RadiometrieCalibration面板中，設置以下參數(shù)：定標類型(CalibrationType):輻射亮度值(radiance)。其他選擇默認參數(shù)。(4) 選擇輸出路徑和文件名1-LC81230322_band10_rad.dat，單擊OK按鈕執(zhí)行定標處理。得到Band

6、10輻射亮度圖像。2、地表比輻射率計算TI的Band10熱紅外波段與TM/ETM+6熱紅外波段具有近似的波譜范圍，本例采用TM/ETM+6相同的地表比輻射率計算方法。使用Sobrino提出的NDVI閾值法計算地表比輻射率。g=0.004Pv+0.986(1.4)其中，Pv是植被覆蓋度，用以下公式計算：pv=(NDVI-NDVISoil)/(NDVI業(yè)-NDVISoil)5)其中，NDVI為歸一化植被指數(shù)，NDVISoil為完全是裸土或無植被覆蓋區(qū)域的NDVI值，NDVIVeg則代表完全被植被所覆蓋的像元的NDVI值，即純植被像元的NDVI值。取經(jīng)驗值NDVI畑=0.70和NDVISo訂二0.0

7、5,即當某個像元的NDVI大于0.70時，Pv取值為1;當NDVI小于0.05,Pv取值為0。注：這里采用簡化的植被覆蓋度計算模型，感興趣的可以使用更加精確的植被覆蓋度計算模型。（1）在Toolbox工具箱中，雙擊Spectral/Vegetation/NDVI工具，在文件輸入對話框中，選擇Landsat8OLI多光譜圖像。圖1.2NDVI文件輸入對話框提示：覃志豪提出使用原始的DN值圖像計算NDVI對反演結果影響不大。(2) 在NDVICalculatonparameters對話框中，自動識別NDVI計算波段：Red:4，NearIR:5。(3)選擇輸出文件名和路徑。(4) 在Toobox中

8、，選擇BandRatio/BandMath，輸入表達式：(blgt0.7)*l+(bllt0.05)*0+(blge0.05andblle0.7)*(b1-0.05)/(0.7-0.05)其中，b1:NDVI。計算得到植被覆蓋度圖像。(5) 在Toobox中，選擇BandRatio/BandMath，輸入表達式：0.004*b1+0.986其中，b1:植被覆蓋度圖像。計算得到地表比輻射率圖像。提示：為了得到更精確的地表比輻射率數(shù)據(jù)，可使用覃志豪等提出的先將地表分成水體、自然表面和城鎮(zhèn)區(qū)，分別針對三種地表類型計算地表比輻射率:水體像元比輻射率：0.995自然表面像元比輻射率:"e=96

9、25+0.0614Pv0.0461Pv2城鎮(zhèn)區(qū)像元比輻射率：Gilding=°.9589+0.086pv0.0671pV23、黑體輻射亮度與地表溫度計算在NASA公布的網(wǎng)站查詢(http:/atmcorr.gsfc.nasa.go)，輸入成影時間：2013-10-0302:55和中心經(jīng)緯度(Lat:40.32899857,Lon：116.70610046),以及其他相應的參數(shù)，得到大氣剖面信息為：大氣在熱紅外波段的透過率t0.90大氣向上輻射亮度Lf：0.75W/(m2牡啊)大氣向下輻射亮輻射亮度Lj：1.29W/(m2rm)提示：由于缺少地表相關參數(shù)(氣壓、溫度、相對濕度等信息)，

10、得到的結果是基于模型計算的結果。(1) 依據(jù)公式(1.2),在Toolbox工具箱中，雙擊BandRatio/BandMath工具，輸入表達式：(b2-0.75-0.9*(1-b1)*1.29)/(0.9*b1)其中，b1:地表比輻射率圖像b2:Band10輻射亮度圖像計算得到同溫度下的黑體輻射亮度圖像。(2) 依據(jù)公式(1.3)，在Toobox中，雙擊BandRatio/BandMath工具，輸入表達式:(1321.08)/alog(774.89/bl+l)-273其中，bl:同溫度下的黑體輻射亮度圖像得到單位為攝氏度的地表溫度圖像。提示：公式(1.3中)，TIRSBand10的.和是從*MTL.txt元數(shù)據(jù)文件中獲取。(3) 在圖層管理器(LayerManager)中的地表溫度圖像圖層，右鍵選擇RasterColorSlices將溫度劃分為四個區(qū)間：25C以上22C至25