基于多源遥感数据的高时空分辨率地表温度产品生成方法研究
发布时间：2021-01-24 12:13
地表温度（Land surface temperature,LST）在全球地表能量平衡、水文过程和气候变化中发挥着重要作用。当前基于热红外遥感的地表温度产品主要分为两类:一是以极轨卫星为代表的高空间分辨率-低时间分辨率LST,细节信息丰富,适用于小尺度热环境研究,二是以静止卫星为代表的高时间分辨率-低空间分辨率LST,重返周期短,适合热环境的动态监测。单一星载热红外传感器难以兼备高时间与高空间分辨率,极大地限制了地表温度的应用。鉴于此,基于多源遥感数据融合的地表温度降尺度与时空融合方法已成为获取高时空分辨率地表温度产品的重要手段。本文以黑河中游为研究区,选用Himawari-8 AHI、MODIS、Landsat-8 TIRS等遥感数据,分别进行了Landsat-8 TIRS与Himawari-8 AHI地表温度反演、多模型地表温度降尺度验证及对比、基于时空融合算法的高时空分辨率地表温度产品生成及验证等研究。实现了从多源遥感数据地表温度反演到地表温度降尺度与时空融合相结合,获取30m/10分钟的高时空分辨率地表温度产品的整体流程,并结合地面实测数据对融合结果进行了验证。具体研究内容和结...
【文章来源】：山东师范大学山东省
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
研究区地理位置及验证站点分布
山东师范大学硕士学位论文21式中，为ASTERGED像元发射率，和分别为该像元植被发射率、裸土发射率。本文所用植被发射率由ASTER波谱库中的植被发射率波谱，结合ASTER各通道光谱响应函数计算求得，并取其平均值作为该通道的植被发射率。植被覆盖度使用ASTERGED中的多年平均NDVI数据计算。同时，由于ASTERGED是利用全球多年晴空数据拼接得到，部分地区由于诸多原因缺少有效数据，针对研究区内的ASTERGED缺失值由地表覆盖数据结合波谱库进行填充。在ASTER传感器5个窄通道的裸土发射率基础上，可利用窄通道的发射率组合计算波长范围接近的其他热红外传感器的裸土发射率，以支持地表温度反演[78]。本文选用ASTER13和14两个通道发射率计算Landsat-8TIRS10通道发射率，光谱响应函数如图3-1所示。图3-1ASTER和Landsat光谱响应函通过ASTER波谱库中发射率波谱数据，结合各传感器波谱响应函数，分别计算ASTER传感器在13、14通道和TIRS传感器在10通道的发射率，采用最小二乘拟合法建立从ASTER13、14通道的裸土发射率到TIRS10通道的裸土发射率的转换关系，结果如图3-2所示。
山东师范大学硕士学位论文22（a）ASTER13通道裸土发射率（b）ASTER14通道裸土发射率（c）回归的Landsat-8TIRS10裸土发射率图3-2研究区Landsat-8TIRS10与ASTER对应通道裸土发射率3.1.2Landsat-8地表温度反演在局部热力学平衡无云的天气条件下，热红外辐射传输方程包括三个部分：地表发射的辐射、大气上行辐射和经过地表反射到达传感器的大气下行辐射。物理单通道地表温度反演算法（简称PSC）是辐射传输方程的逆运算，根据辐射传输方程（公式3-4），黑体的辐射亮度可表示为公式（3-5）。Lisen=()+↑+(1)↓（3-4）Bi(Ts)=LisenLi↑τiεi1εiεiLi↓（3-5）式中，是通道的星上辐亮度，是地表温度，()是通道的黑体辐亮度，和分别是通道的大气透过率和地表发射率，↑是通道的大气上行辐射，↓是通道的大气下行辐射。本文选用ERA5再分析数据作为实时大气廓线输入，通过RTTOV辐射传输模式获得大气上/下行辐射和大气透过率，并结合普朗克公式计算地表温度。实时地表发射率可
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于FSDAF方法融合生成高时空分辨率地表温度[J]. 杨敏,杨贵军,陈晓宁,张勇峰,尤静妮. 国土资源遥感. 2018(01)
[2]基于随机森林算法的地表温度降尺度研究[J]. 华俊玮,祝善友,张桂欣. 国土资源遥感. 2018(01)
[3]暗目标法的Himawari-8静止卫星数据气溶胶反演[J]. 葛邦宇,杨磊库,陈兴峰,李正强,梅笑冬,刘李. 遥感学报. 2018(01)
[4]Himawari 8 AHI数据地表温度反演的实用劈窗算法[J]. 刘超,历华,杜永明,曹彪,柳钦火,孟翔晨,胡友健. 遥感学报. 2017(05)
[5]土地利用结构演变对城市化水平的影响[J]. 钟顺昌,王德起. 经济问题探索. 2017(05)
[6]基于ASTER GED产品的地表发射率估算[J]. 孟翔晨,历华,杜永明,曹彪,柳钦火,孙林,朱金山. 遥感学报. 2016(03)
[7]单窗算法结合Landsat8热红外数据反演地表温度[J]. 胡德勇,乔琨,王兴玲,赵利民,季国华. 遥感学报. 2015(06)
[8]黑河流域ASTER与MODIS融合生成高分辨率地表温度的验证[J]. 杨贵军,孙晨红,历华. 农业工程学报. 2015(06)
[9]基于多源数据集成的多分辨率全球地表覆盖制图[J]. 俞乐,王杰,李雪草,李丛丛,赵圆圆,宫鹏. 中国科学:地球科学. 2014(08)
[10]遥感地表温度降尺度方法比较——性能对比及适应性评价[J]. 全金玲,占文凤,陈云浩,刘闻雨. 遥感学报. 2013(02)
本文编号：2997226
【文章来源】：山东师范大学山东省
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
研究区地理位置及验证站点分布
山东师范大学硕士学位论文21式中，为ASTERGED像元发射率，和分别为该像元植被发射率、裸土发射率。本文所用植被发射率由ASTER波谱库中的植被发射率波谱，结合ASTER各通道光谱响应函数计算求得，并取其平均值作为该通道的植被发射率。植被覆盖度使用ASTERGED中的多年平均NDVI数据计算。同时，由于ASTERGED是利用全球多年晴空数据拼接得到，部分地区由于诸多原因缺少有效数据，针对研究区内的ASTERGED缺失值由地表覆盖数据结合波谱库进行填充。在ASTER传感器5个窄通道的裸土发射率基础上，可利用窄通道的发射率组合计算波长范围接近的其他热红外传感器的裸土发射率，以支持地表温度反演[78]。本文选用ASTER13和14两个通道发射率计算Landsat-8TIRS10通道发射率，光谱响应函数如图3-1所示。图3-1ASTER和Landsat光谱响应函通过ASTER波谱库中发射率波谱数据，结合各传感器波谱响应函数，分别计算ASTER传感器在13、14通道和TIRS传感器在10通道的发射率，采用最小二乘拟合法建立从ASTER13、14通道的裸土发射率到TIRS10通道的裸土发射率的转换关系，结果如图3-2所示。
山东师范大学硕士学位论文22（a）ASTER13通道裸土发射率（b）ASTER14通道裸土发射率（c）回归的Landsat-8TIRS10裸土发射率图3-2研究区Landsat-8TIRS10与ASTER对应通道裸土发射率3.1.2Landsat-8地表温度反演在局部热力学平衡无云的天气条件下，热红外辐射传输方程包括三个部分：地表发射的辐射、大气上行辐射和经过地表反射到达传感器的大气下行辐射。物理单通道地表温度反演算法（简称PSC）是辐射传输方程的逆运算，根据辐射传输方程（公式3-4），黑体的辐射亮度可表示为公式（3-5）。Lisen=()+↑+(1)↓（3-4）Bi(Ts)=LisenLi↑τiεi1εiεiLi↓（3-5）式中，是通道的星上辐亮度，是地表温度，()是通道的黑体辐亮度，和分别是通道的大气透过率和地表发射率，↑是通道的大气上行辐射，↓是通道的大气下行辐射。本文选用ERA5再分析数据作为实时大气廓线输入，通过RTTOV辐射传输模式获得大气上/下行辐射和大气透过率，并结合普朗克公式计算地表温度。实时地表发射率可
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于FSDAF方法融合生成高时空分辨率地表温度[J]. 杨敏,杨贵军,陈晓宁,张勇峰,尤静妮. 国土资源遥感. 2018(01)
[2]基于随机森林算法的地表温度降尺度研究[J]. 华俊玮,祝善友,张桂欣. 国土资源遥感. 2018(01)
[3]暗目标法的Himawari-8静止卫星数据气溶胶反演[J]. 葛邦宇,杨磊库,陈兴峰,李正强,梅笑冬,刘李. 遥感学报. 2018(01)
[4]Himawari 8 AHI数据地表温度反演的实用劈窗算法[J]. 刘超,历华,杜永明,曹彪,柳钦火,孟翔晨,胡友健. 遥感学报. 2017(05)
[5]土地利用结构演变对城市化水平的影响[J]. 钟顺昌,王德起. 经济问题探索. 2017(05)
[6]基于ASTER GED产品的地表发射率估算[J]. 孟翔晨,历华,杜永明,曹彪,柳钦火,孙林,朱金山. 遥感学报. 2016(03)
[7]单窗算法结合Landsat8热红外数据反演地表温度[J]. 胡德勇,乔琨,王兴玲,赵利民,季国华. 遥感学报. 2015(06)
[8]黑河流域ASTER与MODIS融合生成高分辨率地表温度的验证[J]. 杨贵军,孙晨红,历华. 农业工程学报. 2015(06)
[9]基于多源数据集成的多分辨率全球地表覆盖制图[J]. 俞乐,王杰,李雪草,李丛丛,赵圆圆,宫鹏. 中国科学:地球科学. 2014(08)
[10]遥感地表温度降尺度方法比较——性能对比及适应性评价[J]. 全金玲,占文凤,陈云浩,刘闻雨. 遥感学报. 2013(02)
本文编号：2997226
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