基于国产静止气象卫星数据的地表温度和比辐射率反演方法研究

Land surface temperature (LST) is an important climate variable, which is related to surface energy balance and the integrated thermal state of the atmosphere within the planetary boundary layer. LST is also a key parameter in local and global land surface processes, and is valuable in areas such as climate, agriculture, environment and disaster monitoring. Geostationary meteorological satellite (GMS) infrared data has a extensive application prospect due to the advantages of high temporal resolution and the fixed view angle for a given pixel. However, there are many defects in atmospheric correction, LST and land surface emissivity (LSE) retrievals from GMS infrared data. Based on the Chinese GMS infrared data, this study aims to develop a new method for atmospheric correction with the aid of remote sensing retrieval products and temperature diurnal cycle model. And then, in consideration of the high temporal resolution and multi-spectral characteristics of the GMS data, temperature independent spectral indics-based method is used to retrieve LSE. Subsequently,a new LST retrieval method is developed taking into account of aerosol effects. Finally, to assess LST and LSE retrieval accuracies, a cross-validation method is developed.

地表温度是表征地球表面能量平衡和气候变化的重要指标，也是研究区域和全球尺度陆地表面物理过程的关键参数之一，在气候、农业、环境和灾害监测等领域有极大的应用价值。静止气象卫星红外数据具有高时间分辨率和观测角度一致的优势，其地表温度产品具有广泛的应用前景。然而，目前静止气象卫星红外数据的大气纠正和地表温度/比辐射率反演仍存在很多缺陷。本研究拟针对我国国产静止气象卫星数据，探索建立基于遥感反演产品和温度日变化模型相结合的时间序列热红外数据大气纠正新方法。并以此为基础，充分考虑静止气象卫星数据高时间分辨率和多光谱特性，利用温度无关光谱指数法反演地表比辐射率；而后，通过探索地表温度反演受气溶胶影响的变化规律，建立考虑气溶胶影响的地表温度反演模型。最后，研究地表温度/比辐射率交叉验证方法以检验地表温度/比辐射率模型反演精度。

地表温度是地-气系统相互作用过程的一个重要物理参数，是表征陆地表面能量平衡和气候变化的重要指标。静止气象卫星拥有高时间分辨率、固定观测角度和宽覆盖等特性，为时间序列地表温度反演提供了新的契机，为研究温度日变化和提高灾害预测能力提供可能。本项目主要围绕静止气象卫星数据地表温度反演中若干关键问题开展研究，包括静止气象卫星时间序列数据的大气纠正方法研究，国产静止气象卫星数据地表温度和比辐射率反演研究，地表温度/比辐射率交叉验证研究等，达到了预期目标，具体包括：1）在长时间序列数据的大气纠正模型构建方面，基于模拟数据深入分析了不同大气条件下大气透过率、上行辐射与水汽含量、气溶胶含量等大气参数的内在关联性，并综合利用6参数温度日变化模型和ECMWF大气廓线，构建了中、热红外静止气象卫星中红外通道数据大气纠正方法；2）在静止气象卫星数据的地表比辐射率和温度反演模型构建方面，构建了中、热红外通道温度无关光谱指数（TISI），利用已扩展的中红外双向反射率核驱动模型，结合基尔霍夫定律，反演得到中、热红外通道地表比辐射率；在此基础上，考虑气溶胶对地表温度反演的影响，改进了传统分裂窗算法，建立适合不同气溶胶浓度的晴天状况下地表温度的反演模型；3）在地表比辐射率/温度交叉验证技术方面，建立了两个传感器观测角度、观测时间的合理的匹配准则，形成了两个图像空间、光谱匹配方法，解决了交叉验证过程中的尺度问题。通过本项目的研究，建立了一套较完善的静止气象卫星数据地表温度和比辐射率反演算法及地表温度/比辐射率交叉验证体系，共发表论文发表5篇。