静止气象卫星数据时间和光谱信息耦合的热红外地表温度反演研究

Split-window algorithms were widely used in the land surface temperature (LST) retrieval from thermal infrared remotely sensed data. However, these algorithms only use the spectral information of thermal infrared data, and need accurate surface emissivity. This project aims to develop a method for retrieving LST from new generation geostationary satellite data by combining their temporal and spectral information. Firstly, we modify the assumptions in the current split-window algorithms to improve the retrieval accuracy of LST. Furthermore, assuming that surface emissivity has insignificant temporal variation per day, we develop a method to derive LST at multiple observation time on a pixel-by-pixel basis by combining the modified split-window algorithm and land-surface diurnal temperature cycle model. Without the knowledge of surface emissivity for each pixel, the information of LST variation per day is used as a constraint condition to estimate the coefficients of the modified split-window algorithm. Lastly, we evaluate the retrieval accuracy of LST in terms of field measurements and cross-validation methods. This project can provide accurate LST retrieval model and data. Therefore, it has important theoretical and practical value.

现有热红外遥感地表温度反演大多数采用分裂窗算法，而该算法仅利用了热红外数据的光谱信息，且受地表比辐射率的精度影响很大，导致在一些情况下地表温度的反演精度较低，无法满足应用需求。针对这一问题，本研究拟利用静止气象卫星数据高时间分辨率和多光谱的特点，开展时间和光谱信息耦合的地表温度热红外遥感反演方法研究。首先，通过修正分裂窗算法的一些假设和近似条件，改进现有分裂窗算法，提高单时相的地表温度反演精度。其次，假定一天之内地表比辐射率变化不大，通过耦合改进的分裂窗算法和地表温度日变化模型，逐像元求解分裂窗算法系数，建立无需知道像元比辐射率的多时相双通道地表温度反演物理模型。最后，利用野外地面观测试验以及地表温度交叉验证方法，分析和评价风云（FY-2）静止气象卫星多时相双通道数据地表温度反演精度。本研究可为相关领域提供精确可靠的地表温度反演模型与数据产品，具有重要的理论和应用价值。

项目利用静止卫星数据具有高时间分辨率和多光谱的特点，开展了时间和光谱信息耦合的地表温度热红外遥感反演方法研究。首先，利用模拟数据分析了普朗克函数线性化和两个相邻通道大气等效温度相等的假设条件存在的问题，通过对这2个假设条件的修正，改进了分裂窗算法。然后，通过耦合分裂窗算法和地表温度日变化模型，建立了多时相双通道地表温度反演物理模型，并基于最小二乘算法求解模型参数，反演得到地表温度。最后，利用在内蒙古乌拉特前旗和达拉特旗站点收集的野外地面测量数据对反演的地表温度数据进行了精度评估，并利用MODIS地表温度产品对反演的地表温度数据进行了交叉验证。共发表科技论文12篇，其中SCI论文9篇，中文核心论文3篇，国家授权发明专利1项。项目取得的研究成果将对地表能量平衡和全球变化等研究具有重要意义。