地表温度反演的单通道方法辩异

Posted 2021-03-18 岁时

利用遥感数据反演地表温度（LST）的物理基础是基于普朗克定律（Planck）量化所构成的热辐射传输方程。根据卫星传感器光谱分辨率设置，反演方法分为单波段算法、双波段法（劈窗算法）和多波段算法。

graph TB A[LST反演] -->B(单波段算法) A --> C[双波段算法也称劈窗算法] A --> D(多波段算法) B --> E[辐射传输方程] B --> F[单通道算法] B --> G[单窗算法]

对于但波段算法中常用的辐射传输方程法、单通道算法、单窗算法，通过查阅资料他们的主要区别如下。

1、辐射传输方程的大气校正法

基本原理是：首先估计大气对地表热辐射的影响, 然后把这部分大气影响从卫星高度上传感器所观测到的热辐射总量中减去, 从而得到地表热辐射强度, 再把这一热辐射强度转化为相应的地表温度。

• http://blog.sina.com.cn/s/blog_764b1e9d0102wa8s.html

2、单通道算法

单通道算法（Single-Channel Method, SC）是Jimenez-Munoz和Sobrino在对Planck函数在某个温度值附近作一阶Taylor级数展开而得出的一种普适性单通道算法，该算法可以针对任何一种热红外数据反演地表温度。

• Jimenez-Munoz, JC & Sobrino, JA. A generalized single-channel method for retrieving land surface temperature from remote sensing data[J]. JOURNAL OF GEOPHYSICAL RESEARCH-ATMOSPHERES, 108(D22):4688

3、单窗算法

单窗算法(Mono-window Algorithm)是覃志豪等根据地表热辐射传导方程, 推导出的适用于从一个热波段遥感数据中推演地表温度的算法，是覃志豪等使用中值定理，根据热辐射传输方程对Planck函数进行线性化一阶Taylor级数展开，通过简化大气向上辐射亮度和大气向下辐射亮度的计算模型。

• 覃志豪, 李文娟, 徐斌, 等. 利用Landsat TM6反演地表温度所需地表辐射率参数的估计方法[J]. 海洋科学进展, 22(z1):129-137.

目前在传感器只有单个热波段条件下，一般使用直接利用辐射传输方程的大气校正法，利用辐射传输方程的近似的单通道(single channel)和单窗(single window)算法，其中单通道算法所作的简化最多，最远离其辐射传输的物理机理，同时需要的参数也更少(只需要大气水汽含量和发射率)，而单窗算法需要大气透射率、大气平均温度和发射率、地表比辐射率，大气校正法需要大气透射率、上下行大气辐射和发射率地表比辐射率。使用统计方法一般是用在热图像的降尺度上（如在粗尺度上得到NDVI值与温度或热辐射的关系）再将此关系用在细尺度上得到温度或热辐射。 LST反演是十分复杂的问题，其中比较重要的有以下方面：

• 温度与比辐射率的分离
• 热红外遥感的大气影响复杂
• 地物本身热过程的复杂
• 混合像元与邻近效应

参考：https://zhuanlan.zhihu.com/p/92060204