DB21 T 2015-2012 极轨卫星遥感监测 第9部分：地表温度.doc

1、ICS07.060A 47DB 21地 方 标 准DB 21/ T20152012极轨卫星遥感监测 第 9 部分：地表温度The remote sensing monitoring of polar-orbiting satelliteNinth part:Land Surface Temperature（报批稿）（本稿完成日期：2012.1.302012 08 13 发布 2012 09 13 实施辽 宁 省 质 量 技 术 监 督 局 发 布DB21/ XXXXXXXXXI目次前言 .II引言 .III1 范围 .12 术语和定义 .13 监测方法 .23.1 分裂窗算法 .23.1.1

2、AVHRR 分裂窗算法 .23.1.2 MODIS 分裂窗算法 .33.2 MERSI 单通道算法 .63.2.1 中间参数计算 .6附录 A（资料性附录） NOAA/AVHRR 地表温度监测通道相关参数表 .7附录 B（资料性附录） EOS/MODIS 地表温度监测通道相关参数表 .8附录 C（资料性附录） FY3A/MERSI 地表温度监测通道相关参数表 .9表 1 MODIS 第 31 和 32 波段的大气透过率估计方程 .4表 2大气透过率的温度校 正函数 .5DB21/ XXXXXXXXXII前言本部分依据GB/T 1.1-2009的编写规则起草本部分的附录A、附录B、附录C为资料性

3、附录。本部分由辽宁省气象局归口。本部分起草单位：中国气象局沈阳大气环境研究所。本部分主要起草人：武晋雯、张玉书、冯锐、纪瑞鹏、张淑杰、于文颖、姜鹏。DB21/ XXXXXXXXXIII引言地表温度是研究地表与大气之间能量与物质交换的重要参数，在气候、水文、生态、环境等研究中都有重要应用。利用卫星遥感技术反演的大面积地表温度信息已被广泛的应用在农作物估产、作物长势和农业旱情监测等方面。地表温度的反演精度直接影响到遥感技术在生态环境上应用的效果。地表温度遥感反演有单通道法、单通道多角度法、多通道多角度法、分裂窗法，而目前比较成熟的分裂窗法算法，又演变成大约17种之多。因此需要制定极轨卫星遥感监测地

4、方标准，以便提高辽宁地表温度遥感监测的精度和效率。DB21/ XXXXXXXXX1极轨卫星遥感监测 第 9 部分：地表温度1范围本部分是极轨卫星遥感监测第9部分，其它8个部分是术语、干旱灾害、洪涝灾害、森林火灾、作物长势、大雾、沙尘、海冰均已发布，本部分规定地表温度遥感监测算法。本部分适用于辽宁地区NOAA/AVHRR、EOS/MODIS、 FY3A/MERSI卫星星载光学仪器的地表温度遥感监测。2术语和定义2.1地表温度 Land Surface Temperature地表温度就是指地球表面的温度,包括陆地表面和海洋表面，是地表各种地物的综合温度。2.2单通道算法 Single-channe

5、l Algorithm单通道算法是针对卫星传感器上单独一个热红外波段而提出来的单波段温度反演算法。该算法以辐射传导方程为基础，结合大气和比辐射率的修正，从而得出地表温度。2.3分裂窗算法 Split-Window Algorithm分裂窗方法是两个不同的通道在同一个大气窗口上吸收的差异来消除大气的影响，由两通道的亮温线性运算而得。2.4归一化植被指数 Normalized Difference Vegetation Index归一化植被指数是反映土地覆盖植被状况的一种遥感指标，定义为近红外通道与可见光通道反射率之差与之和的商。2.5植被覆盖度 Vegetation cover植被覆盖度是指单位

6、面积内植被的垂直投影面积所占百分比。2.6大气透过率 Atmospheric TransmissibilityDB21/ XXXXXXXXX2大气透过率是遥感传感器接收到的热辐射能与地表真实辐射能的比值。2.7地表比辐射率 Surface Emissivity是物体与黑体之间辐射能量对比的一种度量，其定义为物体辐射与同温度下黑体辐射的比值，与物体的温度、波长、水分含量，表面粗糙度，植被的结构以及观测角度等有关。3监测方法应用NOAA/AVHRR、EOS/MODIS卫星监测地表温度采用分裂窗算法,应用FY3A/MERSI卫星监测地表温度采用单通道算法。3.1分裂窗算法.(1)外210ST-AT式

7、中：地表温度；ST、 热红外通道的亮度温度（MODIS的31、32通道值，AVHRR的4、5通道；）外12外、 、 分裂窗算法的参数变量，AVHRR见式(2)(4)、MODIS见式(11)(13)。0A3.1.1AVHRR 分裂窗算法.(2)1PT1.274A0.(3)/M.(4)2式中：、 、 式(1)中的参数变量；0A12通道4的亮度温度；T、 中间参数，见式(5)(10)。MP3.1.1.1中间参数计算.(5)2/0.48/10.56DB21/ XXXXXXXXX3.(6)2/38./13.96.2M式中：地表比辐射率，见式(7)；通道4、通道5的地表比辐射率差，见式(8)。3.1.1.

8、2地表比辐射率计算.(7)0.5NDVI0.980.5I外2.1P7.,4.v，.(8).I.I.6,3v1，.(9)0.92NDVPv.(10)12I式中：像元的植被构成比例；vP归一化植被指数；NDVI、 为卫星可见光、近红外通道反射率，AVHRR的1、2通道，MERSI的3、4通道。123.1.2MODIS 分裂窗算法.(11)3213232313213231320 )/()()/( aCDCDaCDA ）.(12)11 b.(13)321323231231322 )/()()/(式中：、 、 式(1)中的参数变量；0A12、 、 、 常量， =-64.60363、 =0.440817、

9、 =-3ab331a31b32a68.72575、 =0.473453；2DB21/ XXXXXXXXX4、 中间参数，见式(14)、式(15)。iCiD3.1.2.1中间参数计算.(14)iiC.(15)1Diii 式中：卫星的热红外波段（MODIS 的 31、32 通道值）；i视角为 的大气透过率；i波段 的地表比辐射率。ii3.1.2.2大气透过率的计算.(16)2865.094ln-式中：大气水汽含量（gcm-2）；、 常量， =0.02、 =0.651；、 MODIS卫星第19和2波段的地表反射率,MERSI卫星第18和16波段的地表反射率。940.865.3.1.2.2.1大气透过

10、率估算方程与校正大气透过率与大气水汽含量之间的关系，可以通过大气辐射传输模型模拟来确定，见表1，根据式(16)得到大气水汽含量后，按照表1所示的关系方程即可得到大气透过率。大气透过率还受到遥感器视角和大气剖面温度的影响，还需要进行校正，见表2。表 1MODIS 第 31 和 32 波段的大气透过率估计方程大气水汽含量(g/cm 2)大气透过率方程 SEE R2 F0.42.0 10346.-6.1392720.003440.003730.991360.994391605.72480.12.04.0 5.7.18-32 0.001560.002810.999830.9995898912.9405

11、26.8表 1（续）DB21/ XXXXXXXXX54.05.4 .074-31.0315652 0.020050.020890.966370.96313316.1287.4冬季0.41.4.968.-3 0.002890.012490.992780.840741100.773.9表 2大气透过率的温度校正函数波段 大气透过率方程 温度区间(K)MODIS 31 08.31T275.3131 . 318T2731MODIS 32 09322784.65.332TT832T73.1.2.3地表比辐射率的计算.(17)dRPisvivi 1.(18)minaxNDVIIv.(19)1P,0.510

12、.37968,.外.dvvvv或，式中：波段 的地表比辐射率；计算得到的 时，则取 ， 时，则取 ；ii iviiviisiisi对于水体像元， （ ）iwi9234.09683.0231、植被在波段 的地表比辐射率， =0.98672、 =0.98990；iv v1v裸土在波段 的地表比辐射率， =0.96767、 =0.97790；isis3s32像元的植被覆盖度；vP归一化植被指数,通常辽宁地区 =0.01， =0.86。NDVI minNDVImaxVIDB21/ XXXXXXXXX6、 植被、裸土的辐射比率， ，vRs vv PR073.926. vs PR08362.97.热辐射校

13、正。d3.2MERSI 单通道算法.(20)(321 senorsLT.(21)1142sersenorc.(22)senorsrTL式中：Ts地表温度；传感器接收到的热辐射亮度；senorL亮度温度；srT有效波长, =11.25 ；m地表比辐射率，见式(7)(8)；、 常数， ， 。1c2 1248109. srWc mKc4210387.、 、 大气水汽含量 的函数，见式(23)(25)。 3 3.2.1中间参数计算.(23)9251.0138.0.1652.023 .(24)6764782.(25)8.39.423 式中：大气水汽含量（gcm -2），见式(16)A附录A（资料性附录）

14、NOAA/AVHRR 地表温度监测通道相关参数表通道 波长（m） 波段 星下点分辨率（km）DB21/ XXXXXXXXX71 0.580.68 可见光 1.12 0.701.10 近红外 1.14 10.3011.30 远红外 1.15 11.5012.50 远红外 1.1DB21/ XXXXXXXXX8A B附录B（资料性附录）EOS/MODIS 地表温度监测通道相关参数表通道 波长（m） 星下点分辨率（km）1 0.620.67 0.252 0.840.87 0.2519 0.920.97 131 10.7811.28 132 11.7712.27 1DB21/ XXXXXXXXX9B C附录C（资料性附录）FY3A/MERSI 地表温度监测通道相关参数表通道 波长（m） 星下点分辨率（km）3 0.600.70 0.254 0.820.92 0.255 8.7513.75 0.2516 0.850.89 118 0.920.96 1_