(SZA) (7)
[0048] 式中，SZA表示太阳天顶角，bn_b3l是转换系数（详见表1)。
[0049] 表1.方程式（7)中的转换系数
[0050]
[0051] A. 2中红外地表双向反射率的确定
[0052] 利用经过数据预处理的M0DIS中红外通道遥感数据以及大气参数数据（包括透过 率、大气上行辐射、大气散射的太阳上行辐射、大气下行辐射以及地面处太阳直射辐射），结 合第22和23通道的光谱响应函数，根据如下公式：
[0053]
(S)
[0054] 计算出第22和23通道的地表亮温Tgl，结合公式（6)计算得到的无太阳直射辐射 情况下的地表亮温即可根据公式（2)计算得到中红外地表双向反射率Pbl。
[0055] 步骤（B)、利用步骤㈧中获取的中红外地表双向反射率，结合发展的地表方向比 辐射率反演方法，得到第22和23通道的地表方向比辐射率。该步骤主要通过地表方向比 福射率反演模块来实现，实施方式为：
[0056] B. 1核驱动模型系数的确定
[0057] 根据RossThick-LiSparse-R核驱动模型，地表双向反射率可表示为；
[0058]
[0059] 式中，θv分别是太阳天顶角和传感器观测天顶角，梦是太阳和传感器的相 对方位角，kis。是各向同性散射系数，kVC]1是Roujean体散射核fVC]1的系数，kge。是LiSparse-R几何面散射核的系数。其中，fkgM分别表示为：
[0060]
[0061]
[0062] 其中，ξ是相位角，
和Θ；分别表示为太阳入射的天顶角和传感器观测天顶角方向的反方向，㈧是视 角阴影和太阳入射角阴影的重叠区域，可由如下公式计算：
，其 中，:h/b和b/r分别是无量纲的冠层高度和形状参 数。
[0065] 利用步骤（A)中获取的至少三组的地表双向反射率，根据公式（9)，采用最小二乘 法拟合得到系数kis。、kVC]1和kgf；。。
[0066]B. 2中红外地表方向比辐射率的确定
[0067] 假定中红外区域的核驱动模型形状与可见光和近红外波段的形状相似，根据基尔 霍夫定律，中红外地表方向比辐射率可表示为：
[0068]ε(Θv) = 1-jikls〇-kvolIfvol (θν) -kgeoIfgeo (θν) (13)
[0069]式中，IfTOl (θν)和If(θν)分别表示体积内核fto1和几何内核fge。在太阳入射 方向的半球积分，用参数化的方式可近似表示为：
[0070] Ifv〇i(θv) = -〇. 0299+0. 0128exp(θν/21. 4382) (14)
[0071]
(15)
[0072] 于是，利用拟合出的系数klsc]、UPkgM，结合传感器观测天顶角θν，即可计算出 中红外地表方向比辐射率。
[0073] 步骤（C)、利用步骤㈧和步骤⑶中分别得到的第22和23通道的中红外地表双 向反射率和方向比辐射率，根据中红外大气辐射传输方程，反演得到地表温度。该步骤主要 通过地表温度反演模块来实现，实施方式为：
[0074] 在获取中红外地表双向反射率和方向比辐射率的基础上，根据中红外通道的大气 辐射传输方程，结合普朗克函数的逆函数，即可求得中红外通道的地表温度Ts:
[0075]
[0076] 式中，B1表示为普朗克函数的逆函数。大气总透过率τi、大气下行程辐射Ratni_ iI、大气散射太阳的下行辐射地面上太阳直射辐射能g和大气上行辐射Ratnit 等均为大气参数，它们可通过大气辐射传输模型M0DTRAN，结合大气廓线数据计算得到。地 表双向反射率Pbl和地表方向比辐射率εi可通过地表双向反射率反演模块和地表方向比 辐射率反演模块得到。
[0077] 本发明未详细阐述部分属于本领域公知技术。
[0078] 以上所述，仅为本发明部分【具体实施方式】，但本发明的保护范围并不局限于此，任 何熟悉本领域的人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在 本发明的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种利用中红外遥感数据确定地表温度的方法，其特征在于，该方法实现步骤如 下： 步骤（A)、利用中分辨率成像光谱仪MODIS数据的中红外波谱区第22和23通道辐射亮 度数据和大气参数数据，第22通道波长范围为3. 929 μ m - 3. 989 μ m，第23通道波长范围为 4. 020 μ m - 4. 080 μ m，结合发展的中红外地表双向反射率遥感反演方法，确定第22和23通 道的地表双向反射率； 步骤（B)、利用步骤（A)中获取的中红外通道地表双向反射率，结合发展的地表方向比 辐射率遥感反演方法，确定第22和23通道的地表方向比辐射率； 步骤（C)、利用步骤（A)和步骤（B)分别得到的中红外地表双向反射率和方向比辐射 率，结合发展的地表温度遥感反演方法，确定地表温度。2. 根据权利要求1所述的一种利用中红外遥感数据确定地表温度的方法，其特征在 于，所述步骤（A)中确定第22和23通道地表双向反射率的过程是： Al.根据中红外波谱区大气辐射传输理论，在局地热力学平衡条件下，中红外辐射传输 方程可近似表示为：式中，B1 (T1)是卫星传感器在i通道测量的辐射亮度值，τ 1是i通道总的大气透过率， Ratnul丨和R 丨分别是i通道测量的大气的上行和下行辐射，和J分别是i 通道测量的大气散射的太阳上行和下行辐射，是到达地面的太阳直射辐射，这些参数可 通过大气辐射传输模型M0DTRAN，结合大气廓线数据计算得到。确定地表温度Ts，需要先反 演出地表双向反射率P bl和地表方向比辐射率ε 1; Α2. MODIS数据的中红外地表双向反射率Pbl可由下式得到：其中，Tg l表示i通道的地表亮温，g ,表示在没有太阳直射辐射条件下i通道的地表亮温， ai-a3是回归系数，它们仅是太阳天顶角的函数，与地表参数和大气条件无关。3. 根据权利要求1所述的一种利用中红外遥感数据确定地表温度的方法，其特征在 于，所述步骤（B)中确定MODIS第22和23通道地表方向比辐射率的过程是： BI.根据RossThick-LiSparse-R核驱动模型，地表双向反射率可表示为：式中，kis。是各向同性散射系数，kVC]1是Roujean体散射核fVC]1的系数，k ge。是LiSparse-R 几何面散射核fgM的系数，UPf 是都是观测天顶角Θ v、太阳天顶角相对方位角识 的函数，利用步骤（A)中得到的至少三组地表双向反射率，便能拟合出系数k lscl、kvc^Pkgra; B2.根据基尔霍夫定律，对于局地热力学平衡的非透明地物，其方向比辐射率可以表示 为：式中，f的下标X表示vol和geo,利用 拟合得到的核系数klsC]、kVC]1和k gM，便能计算得到MODIS第22和23通道的地表方向比辐射 率。4. 根据权利要求1所述的一种利用中红外遥感数据确定地表温度的方法，其特征在 于，所述步骤（C)中确定地表温度的过程是：根据中红外大气辐射传输方程，利用大气参数 数据和卫星传感器观测的辐射亮度数据，并结合步骤（A)和（B)中分别获取的中红外通道 地表双向反射率和地表方向比辐射率，反演得到地表温度。5. 实现权利要求1所述的一种利用中红外遥感数据确定地表温度的方法的装置，其特 征在于，该装置包括：地表双向反射率反演模块、地表方向比福射率反演模块和地表温度反 演模块，其中： 所述的地表双向反射率反演模块，该模块功能为：利用经过数据预处理的MODIS中红 外通道遥感数据以及大气参数数据，结合第22和23通道的光谱响应函数，根据反演算法， 获取中红外通道的地表双向反射率，具体为：假设第22和23通道的地表双向反射率相等， 以及无太阳直射辐射情况下两通道的地表亮温相等的条件下，根据回归系数％- &3，获取在 无太阳直射辐射情况下第22和23通道的地表亮温，进而计算得到第22和23通道的地 表双向反射率； 所述的地表方向比辐射率反演模块，该模块功能为：利用获取的至少三组的中红外地 表双向反射率，根据核驱动模型，拟合出各向同性散射系数kls。、体散射系数kVC]1和几何散射 系数k gra，再根据基尔霍夫定律，利用发展的核驱动系数半球积分参数化模型，计算得到第 22和23通道的地表方向比辐射率； 所述的地表温度反演模块，该模块功能为：根据中红外大气福射传输方程，利用大气参 数数据和卫星传感器观测的辐射亮度数据，结合反演的中红外通道地表双向反射率和地表 方向比辐射率，确定地表温度。
【专利摘要】本发明公开了一种利用中红外遥感数据确定地表温度的方法及装置，包括：步骤(A)利用中分辨率成像光谱仪MODIS数据的中红外波谱区第22(3.929μm–3.989μm)和第23(4.020μm–4.080μm)通道辐射亮度数据和大气参数数据，结合发展的中红外地表双向反射率遥感反演方法，确定第22和23通道的地表双向反射率；步骤(B)利用步骤(A)获取的地表双向反射率，结合发展的地表方向比辐射率遥感反演方法，确定第22和23通道的地表方向比辐射率；步骤(C)利用步骤(A)和步骤(B)分别得到的中红外地表双向反射率和方向比辐射率，结合发展的地表温度遥感反演方法，确定地表温度。本发明有效地实现了中红外数据地表温度的定量遥感反演。
【IPC分类】G01S17/95, G01S7/48
【公开号】CN105425247
【申请号】CN201610009997
【发明人】唐伯惠, 李召良
【申请人】中国科学院地理科学与资源研究所
【公开日】2016年3月23日
【申请日】2016年1月7日