[发明专利]从MODIS数据反演地表温度方法

摘要

本发明涉及一种从MODIS数据反演地表温度的方法，能够应用在气象、环境监测、土地管理、农情监测、以及灾害监测等遥感应用部门。该方法，包含四个步骤：第一步骤是通过大气水汽含量，计算MODIS第31和32波段的透过率。第二个步骤是通过植被指数NDVI计算MODIS传感器第31和32波段的发射率。第三步骤是简化辐射传输方程。第四步是对MODIS数据进行反演计算，得到地表目标对象温度和发射率分布情况，可以用于气象预报、环境监测、农情监测和灾情监测等部门。

主权项

1、从MODIS数据反演地表温度方法，其步骤为：第一步，通过大气水汽含量，计算MODIS第31和32波段的透过率1-1)利用MODIS第19波段和第2波段计算比值T，然后利用这个比值计算大气水汽含量W。利用大气辐射传输模型MODTRAN4模拟计算得到大气水汽含量与MODIS第31和32波段透过率的关系，计算得到的大气水汽含量代入下面公式，计算得到第31波段和32波段的透过率。${\mathrm{\τ}}_{31}=2.89798-1.88366e^{\frac{w}{21.22704}}$${\mathrm{\τ}}_{32}=-3.59289+4.60414e^{\frac{-w}{32.70639}}$第二步、通过植被指数NDVI计算MODIS传感器第31和32波段的发射率。2-1)读入MODIS第1波段(近红外波段)和第2波段(红光波段)，计算NDVI。利用NDVI来判断1平方公里分辨率像元的地物类型，然后根据美国喷汽推进实验室(JPL)测试的ASTER波谱库计算MODIS传感器第31波段和32波段的发射率(ε31，ε32分别表示第31和32波段发射率)。计算如下：当NDVI＜0时，是水体和雪，ε31＝0.992，ε32＝0.988当0＜NDVI＜0.05，是裸土，ε31＝0.986，ε32＝0.991当0.05＜NDVI＜0.65，为植被和裸土的混合像元。利用PV指数混合像元中植被的覆盖的比率。计算公式：PV＝(NDVI-0.05)/0.6 (式5)ε31＝0.986*(1-PV)+0.972*PV，ε32＝0.991*(1-PV)+0.976*PV；当NDVI＞0.65，为植被：ε31＝0.972，ε32＝0.976第三步简化辐射传输方程3-1)简化普朗克(Planck)普朗克(Planck)函数是一个非线性函数，为了简化方程组，需要对普朗克(Planck)函数进行线性简化。分别对MODIS的第31波段(10.780～11.280μm)和32波段(11.77-12.27μm))的热辐射与温度在273K-322K区间内的变化关系进行计算，得到如图所示的计算结果。从图中可以看出，热辐射强度随温度的变化接近于线性关系。因此，对散点图建立线性回归方程，得到：对第31波段：B31(T)＝0.13787T31-31.65677，R2＝0.9971对第32波段：B32(T)＝0.11849T32-26.50036，R2＝0.99783-2)简化辐射传输方程组，对于MODIS的第31和32波段，简化的辐射传输方程组可以写成如下：B31(T31)＝τ31(θ)ε31(θ)B31(Ts)+[1-τ31(θ)][1+(1-ε31(θ)τ31(θ)]B31(Ta)B32(T32)＝τ32(θ)ε32(θ)B32(Ts)+[1-τ32(θ)][1+(1-ε32(θ)τ32(θ)]B32(Ta)把3-1)中第31和32波段的简化方程B31(T)＝0.13787T31-31.65677和B32(T)＝0.11849T32-26.50036分别代入辐射传输方程组，得到：0.13787ε31τ31Ts＝0.13787T31+31.65677ε31τ31-(1-τ31)[1+(1-ε31)τ31](0.13787Ta-31.65677)-31.656770.11849ε32τ32Ts＝0.11849T32+26.50036ε32τ32-(1-τ32)[1+(1-ε32)τ32](0.11849Ta-26.50036)-26.50036为了便于计算，将上面方程组中的系数分别记为：A31＝0.13787*ε31*τ31B31＝0.13787*T31+31.65677*τ31*ε31-31.65677C31＝(1-τ31)*(1+(1-ε31)*τ31)*0.13787D31＝(1-τ31)*(1+(1-ε31)*τ31)*31.65677A32＝0.11849*ε32*τ32B32＝0.11849*T32+26.50036*τ32*ε32-26.50036C32＝(1-τ32)*(1+(1-ε32)*τ32)*0.11849D32＝(1-τ32)*(1+(1-ε32)*τ32)*26.50036辐射传输方程组可以写成：A31TS＝B31-C31Ta+D31A32TS＝B32-C32TA+D32解方程组，陆地表面温度的计算公式为Ts＝(C32(B31+D31)-C31(D32+B32))/(C32A31-C31A32)。