一种基于卫星遥感数据的植被温度和裸地温度估算方法

技术领域

本发明涉及一种植被温度和裸地温度估算方法，属于卫星遥感技术领域，尤其涉及一种基于卫星遥感数据的植被温度和裸地温度估算方法。

背景技术

卫星遥感反演的地表温度(Land Surface Temperature(LST)或T

地表温度(Land Surface Temperature(LST)或T

现有的空间插值方法是一种统计算法，没有物理机制支撑，对于空间异质性高的区域(如山地、丘陵以及植被类型过渡地带等)、或者植被覆盖度中等或低的区域(如城市下垫面、荒漠、草地、稀疏森林等)，现有的空间插值方法得到的计算值误差较大，无法得到可接受的植被温度和裸地温度。本发明针对现有的计算方法没有物理机制支撑，无法适用于空间异质性高的区域等缺点，提出了一种以地表能量平衡原理为基础的，不依赖于其他像元信息，应用目标像元的卫星遥感数据(包括地表温度、地表发射率、植被指数、植被类型等)和地面气象观测数据为输入，计算出目标像元的植被温度和裸地温度的估算方法。

发明内容

为了解决上述技术所存在的不足之处，本发明提供了一种基于卫星遥感数据的植被温度和裸地温度估算方法。

为了解决以上技术问题，本发明采用的技术方案是：一种基于卫星遥感数据的植被温度和裸地温度估算方法，包括以下步骤：

步骤一、准备卫星遥感数据和地面气象观测数据；

步骤二、根据步骤一的数据计算植被覆盖度；

步骤三、根据步骤一的数据分别计算裸地反照率、裸地发射率和植被发射率；

步骤四、计算裸地温度和植被温度。

进一步地，卫星遥感数据包括但不限于卫星遥感的陆地地表温度T

进一步地，植被覆盖度f

进一步地，植被覆盖度f

其中，n通常取值为2，NDVI

或者也可以利用LAI估算f

其中，LAI

进一步地，裸地反照率α

进一步地，裸地温度T

其中，σ＝5.67×10

进一步地，植被温度T

其中，T

本发明以地表能量平衡原理为基础，不依赖于其他像元信息，应用目标像元的卫星遥感数据，包括但不限于地表温度、地表发射率、植被指数、植被类型和地面气象观测数据为输入，计算出目标像元的植被温度和裸地温度，具有空间独立性，提高了估算精度。

附图说明

图1为本发明的整体流程示意图。

图2为地表温度、植被温度和裸地温度随叶面积指数增加的变化关系图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1所示的一种基于卫星遥感数据的植被温度和裸地温度估算方法，包括以下步骤：

步骤一、准备卫星遥感数据和地面气象观测数据；

步骤二、根据步骤一的数据计算植被覆盖度；

步骤三、根据步骤一的数据分别计算裸地反照率、裸地发射率和植被发射率；

步骤四、计算裸地温度和植被温度。

步骤一中，卫星遥感数据包括但不限于卫星遥感的陆地地表温度T

步骤二中的植被覆盖度f

步骤三中的裸地反照率α

步骤四中的裸地温度T

步骤二～步骤四的具体计算过程如下：

假定卫星遥感仪器接收到陆地地表面某一像元的上行长波辐射通量R

R

其中，f

其中，n通常取值为2，NDVI

或者也可以利用LAI估算f

其中，LAI

由斯蒂芬-波尔茨曼定律(Stefan-Boltzmann Law)可知上行长波辐射与温度的关系如下：

R

R

R

其中，R

ε

公式(7)用于描述T

由地表能量平衡关系，可计算出地表净辐射(R

R

其中，SW↓和LW↓分别为气象观测的下行短波辐射和下行长波辐射，它们的单位均为Wm

R

其中，α

R

其中，k为消减系数,0＜k＜1，可根据不同植被类型估算最优参数值；

联立公式(4)到(10)，可得到裸地温度的计算公式为：

和植被温度的计算公式为：

下面将结合具体的实施例对本发明进行进一步的阐述。

实施例一、

在本实施例中，以华北某个混合林地为研究对象，取2019年6月份MOIDS卫星遥感数据9个像元的叶面积指数、地表反照率、地表发射率、地表温度等和气象观测的下行短波辐射和下行长波辐射做为本发明中算法公式的输入数据，计算得到植被温度和裸地温度。地表温度、植被温度和裸地温度随叶面积指数的变化关系见图2，其详细信息见表1。

表1

上述数据说明，裸地温度高于地表温度，而植被温度低于地表温度。地表温度随叶面积指数增加而下降，植被温度随叶面积指数增加而增加，但裸地温度与叶面积指数变化关系不大。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：

a、本发明作为一种新的算法，其物理意义明确；

b、本发明的算法融合了卫星遥感数据和地面常规气象观测数据，提高了估算精度；

c、本发明可针对不同植被覆盖类型的下垫面对有关参数进行优化，改进估算精度；

d、本发明的算法具有空间独立性，只需目标像元对应的遥感和气象资料作为输入，无需该像元邻近像元的地表温度数据参与计算，不引入其他像元的误差信息。

上述实施方式并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的技术方案范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也均属于本发明的保护范围。