地表温度反演目录一:单窗算法 (3)1.1实验原理 (3)1.1.1TM/ETM波段的热辐射传导方程: (3)1.1.2化简后最终的单窗体算法模型为: (3)1.1.3大气平均作用温度Ta的近似估计 (3)1.1.4大气透射率t6的估计 (3)1.1.5地表比辐射率的估计 (4)1.1.6像元亮度温度计算 (4)1.1.7遥感器接收的辐射强度计算 (4)1.2操作步骤 (5)1.2.1研究区示意图 (5)1.3实验结果 (7)1.3.1灰度图像 (7)1.3.2密度分割后图像 (7)二:单通道算法 (8)2.1实验原理 (8)2.1.1单通道算法模型为: (8)2.1.2大气平均作用温度Ta的近似估计 (8)2.1.3大气透射率t6的估计 (8)2.1.5像元亮度温度计算 (8)2.1.6遥感器接收的辐射强度计算 (9)2.2操作步骤 (9)研究区示意图 (9)2.2.1计算L6 (10)2.2.2T6e6的求算 (10)2.2.3计算R (10)2.2.4计算t (10)2.3实验结果 (11)2.3.1温度反演灰度图像 (11)2.3.2密度分割后的图像 (11)三:辐射方程 (12)3.1实验过程 (12)3.1.1数据准备 (12)3.1.2地表比辐射率的估计 (12)3.1.3计算同温度下黑体的辐射亮度值 (12)3.1.4反演地表温度 (13)3.2温度反演结果 (13)一:单窗算法1.1实验原理1.1.1TM/ETM波段的热辐射传导方程:B6(T6)=t6(q)[ ε6B6(Ts)+(1-ε6)I6~]+I6_Ts是地表温度;T6是TM6的亮度温度;t6是大气透射率;ε6是地表辐射率。
B6(T6)表示TM6遥感器所接收到的热辐射强度;B6(Ts)是地表在TM6波段区间内的实际热辐射强度,直接决取于地表温度;I6~和I6_分别是大气在TM6波段区间内的向上和向下热辐射强度。
1.1.2化简后最终的单窗体算法模型计算Ts(地表温度):Ts={a(1-C-D)+[b(1-C-D)+C+D]T6-DTa}/C式中C6=τ6ε6(ε6为比辐射率,τ6为透射率)D6=(1-τ6)[1+t6(1-ε6)]a =-67.355351,b=0.4586061.1.3大气平均作用温度Ta的近似估计温度换算:T=t+273.15本图为9月份拍摄,对于中纬度夏季平均大气Ta=16.0110+0.92621T0取平均气温为25摄氏度时Ta = 312.157531.1.4大气透射率τ6的估计τ6=0.974290-0.08007w,0.4≤w≤1.6。
w为水分含量,单位(g/cm2),这里,取w=1.0,计算得到τ6=0.894221.1.5地表比辐射率ε6的估计典型地表类型的比辐射率Ndvi<=0 水体,εw=0.995NDVI>0 陆地(surface)εsurface=0.9625+0.0614Pv-0.0461Pv^2Pv=[(NDVI- NDVIs)/(NDVIv- NDVIs)]2=NDVI^2/0.49(NDVI>0 and NDVI <0.70)式中NDVI 为归一化植被指数,取NDVIv=0.70 和NDVIs=0(分别取自5%及95%数据)e w算法:0.995*(b1 le 0)Pv算法:((b1*b1)/0.49)*(b1 gt 0 and b1 le 0.7)e surface算法:(0.9625+0.0614*b1-0.0461*b1^2)*(b2 gt 0)e6算法:e w+e surface1.1.6像元亮度温度T6计算T6=K2/ln(1+K1/L6)其中:K1=607.76,K2=1260.56(覃志豪,用陆地卫星TM6数据演算地表温度的单窗算法);L6为遥感器接收的辐射强度。
1.1.7遥感器接收的辐射强度L6计算L6=(15.303-1.238)*b1/255.0+1.238 (覃志豪,用陆地卫星TM6数据演算地表温度的单窗算法);b1为第六波段像元灰度值(DN值)。
LMAX_BAND6 = 15.303LMIN_BAND6 = 1.2381.2操作步骤1.2.1研究区示意图1.2.2计算L6ENVI->Basic Tools->Band Math在Enter an expression中输入(15.303-1.238)*b1/255.0+1.238,点击Add to List. 选中刚才输入的公式,点击OK。
选中B1变量,在Available Bands List中选Band6,保存文件名为L6,点击OK。
1.2.3计算T6(同计算L6,只是计算公式不同)。
1.2.4计算C6(同计算L6,只是计算公式不同)。
1.2.5计算D6(同计算L6,只是计算公式不同)。
1.2.36计算Ts同计算C6相同,在Enter an expression中输入:(((-67.355351*(1-b1-b2)+(0.458606*(1-b1-b2)+b1+b2)*b3-b2*292.15753)/b1-273.15)),点击Add to List.选中b1变量,在Available Bands List中选择C6,选中b2变量,在Available Bands List中选择D6,选中b3变量,在Available Bands List中选择T6,保存文件名为Ts ,点击OK。
1.3实验结果1.3.1灰度图像1.3.2密度分割后图像二:单通道算法2.1实验原理2.1.1单通道算法模型为:Ts=r*[(y1*L6+y2)/e6+y3]+t2.1.2大气平均作用温度Ta的近似估计温度换算:T=t+273.15本图为7月份拍摄,对于中纬度夏季平均大气Ta=16.0110+0.92621T0取乌鲁木齐市平均气温为25摄氏度时Ta = 312.157532.1.3大气透射率t6的估计t6=0.974290-0.08007w,0.4≤w≤1.6。
w为水分含量,单位(g/cm2),这里,取w=1.0,计算得到t6=0.894222.1.4地表比辐射率的估计典型地表类型的比辐射率ew=0.995ev=0.986em=0.970Pv=[(NDVI- NDVIs)/(NDVIv- NDVIs)]2NDVI 为归一化植被指数, 取NDVIv=0.70 和NDVIs=0(分别取自5%及95%数据)e surface=0.9625+0.0614Pv-0.0461Pv^22.1.5像元亮度温度计算T6=K2/ln(1+K1/L6)其中:K1=607.76,K2=1260.56(覃志豪,用陆地卫星TM6数据演算地表温度的单窗算法);L6为遥感器接收的辐射强度。
2.1.6遥感器接收的辐射强度计算L6=(15.303-1.238)*b1/255.0+1.238 (覃志豪,用陆地卫星TM6数据演算地表温度的单窗算法);b1为第六波段像元灰度值(DN值)。
LMAX_BAND6 = 15.303LMIN_BAND6 = 1.238单通道算法模型表达式中, Ts是陆地表面温度, L6是卫星高度上遥感传感器测得的辐射强度(W·m- 2·sr- 1·m- 1),e6是地表发射率; r, t,y1,y2,y3是中间变量, 分别由以下公式计算: R=1/[(c2*L6/T6^2)*(λ^4*L6/c1+1/λ)]y1=0.14714w^2- 0.15583w+1.1234=1.11471y2=-1.1836w^2- 0.37607w- 0.52894=0.27859y3=-0.04554w^2+1.8719w- 0.39071=1.43565t=T6-r*L6其中, C1和C2是Plank 函数的常量, C1=1.19104×10^8W·μm4·m- 2·sr- 1, C2=14387.7 μm·K; T6是卫星高度上传感器所探测到的像元亮度温度, 单位为K; λ是有效作用波长, TM6 有效作用波长为11.457μm;w为大气水分含量在此我们也取w=取w=1.02.2操作步骤研究区示意图2.2.1计算L6在单窗算法中我们已经具体说明,在此请参阅基于TM单窗算法反演地表温度文本。
2.2.2T6e6的求算T6同理。
e6同理。
2.2.3计算R在Band Math中编写1/[(14387.7*L6/T6^2)*(11.457^4*L6/1.19104×10^8+1/11.457)] 选中b1变量,在Available Bands List中选择L6,选中b2变量,在Available Bands List中选择T6,保存文件为R。
2.2.4计算t在Band Math中编写(b1-b2*b3)选中b1变量,在Available Bands List中选择T6,选中b2变量,在Available Bands List中选择R,选中b3变量,在Available Bands List中选择L6,保存文件名为Ts ,点击OK。
2.3实验结果2.3.1温度反演灰度图像操作过程中许多未知参数大都取参考值,所以可能不能很准确的表示真实地表温度,在日后的学习过程中,需要收集更多的资料做好温度反演。
2.3.2密度分割后的图像三:辐射方程3.1实验过程3.1.1数据准备热红外数据使用的是TM6,我们需要已经经过大气校正,几何校正,传感器定标的剪裁好的TM影像,以及由次影像生成的NDVI图像。
3.1.2地表比辐射率的估计典型地表类型的比辐射率ew=0.995ev=0.986em=0.970Pv=[(NDVI- NDVIs)/(NDVIv- NDVIs)]2NDVI 为归一化植被指数, 取NDVIv=0.70 和NDVIs=0(分别取自5%及95%数据)e surface=0.9625+0.0614Pv-0.0461Pv^2具体操作步骤与其他两种算法一直,在Band Math中编写即可。
3.1.3计算同温度下黑体的辐射亮度值Lx=[e6B(Ts)+(1-e6)I6~]t6+I6_其中e6是地表辐射率。
B(Ts)为普朗克定律推导得到的黑体在Ts的热辐射亮度。
I6~和I6_分别是大气在TM6波段区间内的向上和向下热辐射强度。
Ts是地表真是温度。
t6为透射度。
则B(Ts)=[Lx-I6~-t6(1-e6)I6_]/t6e6上式中所需要的参数可以通过各种数学模型进行计算,也可以在NASA官网(/)进行查询,本次试验中,我们取t6=0.89422,I6~=3.39W/(m2*sr*um),I6_=5.12W/(m2*sr*um)。