反演地表温度所需地表辐射率参数

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1、利用LandsatTM6反演地表温度所需*地表辐射率参数的估计方法1，2221覃志豪，李文娟，徐斌，张万昌（1.南京大学国际地球系统科学研究所，江苏南京210093；2.中国农业科学院农业资源区划研究所农业部资源遥感和数字农业重点开放实验室，北京100081）摘要：地表温度是地球资源环境动态分析的重要指标。从热红外遥感数据中反演地表温度通常需要地表比辐射率为已知。因此，地表比辐射率的估计是地表温度遥感反演的关键。陆地卫星LandsatTM有一个热波段（TM6），可以用来反演地表温度。目前共有3种算法可以用来从TM6波段数据中反演地表温度：大气校正

2、法、单窗算法和单通道算法。这3种算法都需要TM6波段范围内的地表发射率来作为地表温度反演的参数。首先简介这3种反演算法，然后重点探讨TM6的地表发射率估计方法。TM6的星下空间分辨率为120m。在这一尺度上，大多数情况下天然地表的构成可以看成是由水面、植被和裸土三种基本类型构成。城镇像元也可看成是由建筑表面和绿化植物构成。根据这几种地表类型的地表发射率相对较稳定的特性，提出了用TM数据的可见光波段来进行TM6像元的地表发射率的估计。TM3和TM4波段可以用来确定植被叶冠在像元尺度上的覆盖度。通过这一覆盖度，就可以构建混合像元的地表热辐射构成方程，

3、以便进行地表发射率的简单估计，从而为TM6热波段数据在农业和资源环境监测中的广泛应用，提供技术支撑。最后，用这一方法来进行华北平原山东省陵县地区的地表发射率估计和地表温度反演。分析表明，这一方法能获得较合理的地表温度反演结果。关键词：LandsatTM；地表温度；地表发射率；单窗算法；单通道算法中图分类号：TP75文献标识码：A文章编号：1671-6647（2004）S0-0129-09陆地卫星LandsatTM是应用非常广泛的遥感数据。它有一个热波段（TM6），星下像元的地面分辨率为120m，很适合于用来进行地表温度和地表水热空间差异的精确分析

4、。现有的TM6数据应用很多是直接使用其DN值或星上亮温来进行分析，而没有计算真正的地表温度。由于大气的影响，星上亮温与真正的地表温度有很大差异，常达2~6C。由于仅有一个热红外波段数据，因此，传统上从LandsatTM6数据中反演地表温度是通过所谓的大气校正法。这一方法需要进行大气模拟，以便从卫星高度所观测到的热辐射中扣减去大气的辐射分量，从而得到地面上应有的热红外辐射量，最后考虑到地表发射率的影响，再反演出真正的地表温度。这一方法操作较复杂，其实际可行性较差。覃志豪等根据地表热辐射传导在TM6波段区间内的特征，提出了一个较简易可行的单窗算法，用

5、来从TM6数据中反演地表温度。这一单窗算法需要3个基本［3］［1，2］［4］参数：地表发射率、大气透射率和大气平均作用温度。Jimnez-Munoz~和Sobrino提出的普适性单通道算法也可用来从TM6数据中反演地表温度。地表发射率也是该单通道方法的关键参数。虽然国内外对［5~10］地表发射率已经有较多研究，但所提出的地表发射率定测方法大多过于繁杂，不易于实际应用。单独针对TM6波段而提出的地表发射率估计方法尚未见有发表。为了便于从TM6数据中提取地表温度信息，有必要对TM6波段的地表发射率估计方法进行深入探讨。*收稿日期：2004-03-25

6、基金项目：国家重点基础研究发展规划项目———（2001CB309404）；中国农业科学院杰出人才基金项目作者简介：覃志豪（1962-），男，广西宾阳人，教授，博士，博士生导师，从事热红外遥感和环境遥感研究。E-maiI：ginzh@nju.edu.cn；ginzh@caas.net.cn（责任编辑武建平）l30海洋科学进展22卷lLandsatTM6的地表温度反演方法目前有3种方法可以用来从LandsatTM6数据中反演地表温度。为了便于读者应用，在此先对这3种方法进行介绍。传统的大气校正法，也称辐射传导方程（radiativetransfere

7、guation）法，是根据卫星高度上遥感器所观测到的热辐射强度的构成来求解地表温度。这一辐射强度可以表达为：1T=［B（Ts）+（l-）］++（l）-2-l-l［l，2］式中，是遥感器所观测到的热辐射强度（W·m·sr·!m），根据TM6的DN值计算，为已知值；是地表发射率；B（Ts）是用Planck函数表示的黑体热辐射强度，其中Ts是地表温度（K）；是大气透射率，可［3］1T以用大气水分含量来估计；和I分别是大气的下行和上行热辐射强度，可以根据实时大气剖面探测数据，用诸如MODTRAN，LOWTRAN或6S等大气模拟程序进行模拟求算。因此，如果

8、能知道地表发射率，我们就可以从式（l）中求解B（Ts），再用如下公式求解地表温度：Ts=K2/ln（l+Kl/B（Ts））（2）-2-l