一种盐度卫星k波段亮温数据反演陆表温度的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及微波遥感领域，主要涉及的是一种盐度卫星K波段亮温数据反演陆表温度的方法。
【背景技术】
[0002]地表温度作为地表-大气间长波辐射与湍流热通量的直接驱动要素，是地表能量与水分平衡物理过程中最重要的参数之一。地表温度同时也是很多环境模型的重要参数，在大气与地表的能量与物质交换、天气预报、全球洋流循环、气候变化等研究领域有着非常重要的应用。同时，地表温度本身也是一个非常重要的地球物理参数，获取区域尺度(几公里到几十公里)的陆表温度信息，有助于提高对该地区陆气交互作用机理的理解，从而更好的服务于该地区乃至整个中国、亚洲及全球的气候变化监测。
[0003]在被动微波遥感反演领域，对于地表温度影响的校正目前主流的方法有以下几种:通过多个通道的卫星观测，同时反演土壤水分及土壤温度等地表参数，但是这种多参数求解的过程无法从物理机制上解释地表的任一参数值变化引起的卫星观测值变化，调整任一参数都可以满足代价函数要求，因此该方法不仅计算效率低而且可能会存在多解的问题。同时还有通过模拟实验结果指出地表温度不宜与土壤水分同步估算，因为这会增加反演过程中的不确定性。因此，此类估算地表温度的方法现在已经使用不多。其次，研究者还利用其他遥感数据如MODIS的温度产品或者模型输出的温度模拟值代替地表温度，如目前SMOS 土壤水分反演算法中地表温度就是利用欧洲中期天气预报中心ECMWF模型中输出的O?7cm的土壤温度，但是这种方法增加了算法对辅助数据的依赖性，而且不同卫星或者模型之间在数据上的时空一致性也难以保证。虽然MODIS的热红外波段也常被用来反演地表温度，但是热红外非常容易受到云雾的干扰且在植被覆盖区信号也易被衰减。其中前者的影响更为突出，因为陆地表面平均50%的区域被云层覆盖，因此极大的限制了此方法的应用。
[0004]海洋盐度探测卫星有效载荷包括L、C和K波段微波辐射计，可以为海洋、减灾、农业以及气象等多个行业和业务部门提供服务。
[0005]虽然盐度卫星是为获取海洋盐度而设计，但其获取的数据在陆表表面也将有重要的应用价值，如获取陆表温度和土壤水分等。盐度卫星频率设置是L波段(1.415GHz)、C波段(6.9GHz)和K波段(18.7GHz和23.8GHz)，均包括H和V两种极化方式。因该卫星并未设置36.5GHz或37GHz(Ka波段)辐射计观测频段，所以国内外现有基于Ka波段的方法无法用于获取陆表温度信息。
【发明内容】
[0006]本发明基于已有AMSR-E卫星数据和地面实测陆表温度数据，提出了一种利用盐度卫星K波段(23.8GHz)V极化数据反演陆表温度的方法，并与传统Ka波段(36.5GHz)陆表温度的反演结果进行了比较。结果表明，基于该方法方法，盐度卫星K波段(23.8GHz)V极化亮温数据能有效反演陆表温度。
[0007]该盐度卫星K波段亮温数据反演陆表温度的方法包括如下步骤:
[0008](I)将CAMP/Tibet，玛曲及那曲三个实验区的地表土壤温度观测的数据，与同时期的AMSR-E 23.8GHz V极化亮温数据建立模型:T = 0.767XBT(23.8,v)+76.893;
[0009](2)获取盐度卫星数据，从数据文件中提取K波段(23.8GHz )V极化亮温数据BT(23.8, V)；根据上述模型计算陆表温度T。
[0010]优选的是，所述模型与实测数据的相关系数为0.87，均方根误差为3.94K。
【附图说明】
[0011 ]图1为AMSR-E辐射计23.8GHz V极化亮温与同时期的CAMP/Tibet地表温度数据的时间序列比较。
[0012]图2为23.8GHzV极化亮温与地表温度统计回归模型。
[0013]图3为Ka波段(36.5GHz) V极化反演模型。
【具体实施方式】
[0014]卫星数据:AMSR-E共配置有6个波段，具体为6.9GHz,10.7GHz,18.7GHz，23.8GHz，36.5GHz与89GHz，每个波段均提供双极化观测。其中，6.9GHz、18.7Ghz和23.8GHz与盐度卫星相同，所以，本发明利用盐度卫星K波段(23.8GHz)数据发展的陆表温度估算方法，是利用现有AMSR-E数据验证其有效性。
[0015]地面试验数据:CAMP/Tibet数据:全球协调加强观测计划亚澳季风之青藏高原试验研究网络CAMP/Tibet是一个建立于青藏高原中部的中尺度土壤温湿度观测网络。该网络建立的目的是为了测量青藏高原地区的土壤水分及土壤温度，从而用于发展及验证陆面过程模型及卫星土壤水分反演算法。CAMP/Tibet观测网地区地表覆盖类型主要为稀疏的低矮草地。记录的时间范围为2002年10月I日至2004年3月31日。
[0016]玛曲观测网:玛曲土壤温湿度观测网于2008年7月开始建立。玛曲观测网覆盖的面积约为40km X 80km，在该网络地区，每个站点每隔15分钟对不同深度(从地表5cm至地下80cm)的土壤水分和土壤温度进行记录，时间覆盖范围为2008年7月I日至2010年7月31日。所有站点分布在黄河河谷及其周围的小山，地表覆盖类型为均一的低矮草地。
[0017]那曲观测网:那曲土壤温湿度观测网是一个多尺度观测网络，覆盖面积约为10kmX 100km。该网络由56个站点组成，每个站点每隔半小时记录不同深度(分别为O?5 cm，10cm, 20cm及40 cm)的土壤水分及土壤温度信息，记录时间范围为2010年8月I日至2012年12月31日。
[0018]图1显示了 AMSR-E辐射计K波段(23.8GHz) V极化亮温与同时期的CAMP/Tibet地表温度数据的时间序列比较。由图中可以看到，两者存在很好的相关性，这为利用盐度K波段(23.SGHz) V极化亮温反演陆表温度提供了可行性。
[0019]K波段(23.8GHz) V极化亮温陆表温度反演模型:将CAMP/Tibet，玛曲及那曲三个实验区的地表温度观测，与同时期的AMSR-E 23.8GHzV极化亮温数据建立模型:
[0020]T = 0.767XBT(23.8,v)+76.893
[0021]图2为23.SGHzV极化亮温与地表温度统计回归模型，如图2所示，3个实验区中共有实测对应数据1358个，统计模型与实测数据的相关系数为0.87，均方根误差为3.94K，表明以上模型能较好的反演陆表温度。
[0022]K波段(23.8GHz) V极化与传统Ka波段(36.5GHz)反演陆表温度的比较:为了验证本研究温度反演模型的有效性，将本研究温度模型与传统Ka波段的结果进行比较，图3为Ka波段(36.5GHz) V极化反演模型。
[0023]如图2和图3所示，本发明的K波段(23.8GHz)V极化反演模型与以往国内外普遍采用的Ka波段(36.5GHz)V极化反演模型效果相当，相关系数R均为0.87，均方根误差分别为3.94K和3.92K。这一方面验证了利用K波段(23.8GHz) V极化亮温获取陆表温度的可行性，另一方面也表明在兼顾陆地温度应用时，无需更改盐度卫星的现有波段设置。
【主权项】
1.一种盐度卫星K波段亮温数据反演陆表温度的方法，其特征在于，该方法包括如下步骤: (1)将CAMP/Tibet，玛曲及那曲三个实验区的地表土壤温度观测的数据，与同时期的AMSR-E 23.8GHz V极化亮温数据建立模型:T = 0.767XBT(23.8,v)+76.893; (2)获取盐度卫星数据，从数据文件中提取K波段(23.8GHz)V极化亮温数据ΒΤ(23.8,ν);根据上述模型计算陆表温度T。2.根据权利要求1所述的一种盐度卫星K波段亮温数据反演陆表温度的方法，其特征在于:所述模型与实测数据的相关系数为0.87，均方根误差为3.94K。
【专利摘要】本发明提出一种盐度卫星K波段亮温数据反演陆表温度的方法，属于微波遥感领域，该方法将CAMP/Tibet，玛曲及那曲三个实验区的地表土壤温度观测的数据，与同时期的AMSR-E23.8GHz？V极化亮温数据建立模型。获取盐度卫星数据后，可从数据文件中提取K波段(23.8GHz)V极化亮温数据BT(23.8，v)，根据上述模型计算陆表温度T，并与传统Ka波段(36.5GHz)陆表温度的反演结果进行了比较，结果表明，盐度卫星K波段(23.8GHz)V极化亮温数据能有效反演陆表温度。
【IPC分类】G06T7/00, G06K9/00
【公开号】CN105678277
【申请号】CN201610064047
【发明人】陈权, 田帮森, 曾江源, 周武, 黄磊
【申请人】中国科学院遥感与数字地球研究所, 国家卫星海洋应用中心
【公开日】2016年6月15日
【申请日】2016年2月1日