GB∕T 43997.1-2024 地表溫度熱紅外遙感反演 第1部分：單通道法

地表溫度熱紅外遙感反演第1部分：單通道法2024-04-25發(fā)布2024-11-01實(shí)施國家市場監(jiān)督管理總局IGB/T43997.1—2024 Ⅲ 12規(guī)范性引用文件 13術(shù)語和定義 14方法原理與適用條件 24.1方法原理 2 35反演流程和步驟 35.1操作流程 35.2反演步驟 4 6附錄A(規(guī)范性)通道輻亮度與溫度的關(guān)系 7A.1通道輻亮度與溫度的轉(zhuǎn)換方法 7A.2通道輻亮度對溫度一階偏導(dǎo)的計(jì)算方法 7附錄B(規(guī)范性)多項(xiàng)式法系數(shù)確定方法 9附錄C(規(guī)范性)不確定度評定方法 C.1地表溫度的標(biāo)準(zhǔn)合成不確定度評估 C.2反演模型分量自身引起的地表溫度不確定度評估 C.3大氣參數(shù)分量引起的地表溫度不確定度評估 C.4地表發(fā)射率分量引起的地表溫度不確定度評估 C.5入瞳輻亮度分量引起的地表溫度不確定度評估 C.6大氣氣溶膠分量引起的地表溫度不確定度評估 Ⅲ12普朗克定律Planck'slaw黑體輻射定律blackbodyradiat描述給定溫度下處于熱平衡狀態(tài)的黑體的光譜輻[射]亮度隨波長或波數(shù)變化的函數(shù)關(guān)系的定律。-h-—普朗克常數(shù)，取值為6.62607015×10-34,單位為焦秒(J-s);c——光速，取值為2.99792458×10?,單位為米每秒(m/s);近地面空氣溫度surfaceairtemper4方法原理與適用條件…3e;(0.g觀測天頂角θ和觀測方位角φ上通道i的地表發(fā)射率；La.;——通道i的大氣下行輻射，單位為瓦每平方米球面度微米[W/(m2srμm)]或瓦每平方米球面度負(fù)一次方厘米[W/(m2·srcm-1)];r;(θ)——觀測天頂角0上通道i的大氣透過率；L.;(0)——觀測天頂角0上通道i的大氣上行輻射，單位為瓦每平方米球面度微米[W/(m2srμm)]或瓦每平方米球面度負(fù)一次方厘米[W/(m2·srcm-1)]。4.2適用條件采用單通道法反演地表溫度，應(yīng)滿足以下條件：a)待反演像元所對應(yīng)的傳感器瞬時視場角內(nèi)無云；b)待反演像元沙塵氣溶膠的光學(xué)厚度小于0.3;c)傳感器在8μm～14μm波長范圍內(nèi)至少有一個通道；d)待反演像元的通道地表發(fā)射率已知；e)傳感器觀測時刻前后1h內(nèi)的大氣溫濕廓線已知，或大氣柱總水汽含量和近地面空氣溫度已知，或大氣柱總水汽含量已知。5反演流程和步驟5.1操作流程地表溫度熱紅外遙感反演單通道法的操作流程見圖1。圖1地表溫度熱紅外遙感反演單通道法流程圖如果傳感器的熱紅外通道數(shù)量大于1,應(yīng)選取大氣吸收最小(即大氣透過率最大)且地表發(fā)射率較am..,(0)——大氣透過率與大氣柱總水汽含L(θ)——觀測天頂角θ上通道i的大氣上行輻射，單位為瓦每平方米球面度微米[W/b,(0)——大氣上行輻射與大氣柱總水汽含量和近地面空氣溫度之間的二元二次多項(xiàng)式擬cm.;——大氣下行輻射與大氣柱總水汽含量和近地面空氣溫度之間的二元二次多項(xiàng)式擬c)當(dāng)未知同步大氣溫濕廓線，且僅已知大氣柱總水汽含量時，采用一元二次多項(xiàng)式法[見公t(0)=az;(0)W2+ai(θ)W+ao;(θ) (7) 5L(θ)——觀測天頂角θ上通道i的大氣上行輻射，單位為瓦每平方米球面度微米[W/YZ?——大氣下行輻射與大氣柱總水汽含量的一元二次多項(xiàng)式的二次項(xiàng)擬合系數(shù)，是通yi:——大氣下行輻射與大氣柱總水汽含量的一元二次多項(xiàng)式的一次項(xiàng)擬合系數(shù)，是通Yo;;——大氣下行輻射與大氣柱總水汽含量的一元二次多項(xiàng)式的常數(shù)項(xiàng)擬合系數(shù)，是通照觀測天頂角的正割值sec(0)對公式(7)和公式(8)的擬合系數(shù)分別進(jìn)行線性插值，獲得像元對應(yīng)觀測角度下公式(7)和公式(8)的擬合系數(shù)，結(jié)合公式(9)的擬合系數(shù)，利用公式(7)~將入瞳輻亮度、地表發(fā)射率和5.2.3估算的大氣透過率、大氣上/下行輻射輸入6b)根據(jù)不確定度傳播律，計(jì)算地表溫度的合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度，合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度計(jì)算方法按c)估算每個不確定度分量引起的地表溫度不確定度，各分量的不確定度計(jì)算方法按C.2～C.67ar通道i的黑體輻亮度B;(T)對溫度T的一階B;(T)——溫度為T的通道i的黑體輻亮度，單位為瓦每平方米球面度微米[W/(m2·sr9不確定度評定方法C.1地表溫度的標(biāo)準(zhǔn)合成不確定度評估單通道法反演地表溫度的數(shù)學(xué)模型按照公式(3)執(zhí)行。根據(jù)不確定度傳播律，假設(shè)地表溫度不確定度來源之間不相關(guān)，地表溫度標(biāo)準(zhǔn)合成不確定度可按公式(C.1)計(jì)算：ualg反演模型分量自身引起的地表溫度不確定度；um—-大氣參數(shù)分量引起的地表溫度不確定度；ucms地表發(fā)射率分量引起的地表溫度不確定度；umd入瞳輻亮度分量(包括儀器噪聲和輻射定標(biāo)不確定度)引起的地表溫度不確定度；ua——大氣氣溶膠分量引起的地表溫度不確定度。C.2反演模型分量自身引起的地表溫度不確定度評估在使用公式(3)反演地表溫度過程中，反演模型自身存在不確定度。反演模型分量自身引起的地表ualg——反演模型分量引起-通道i的黑體輻亮度對地表溫度一階偏導(dǎo)的倒數(shù)，可利用A.2計(jì)算；L,——通道i的大氣上行輻射e,——通道i的地表發(fā)射率t;——通道i的大氣透過率“——通道i的大氣透過率估算模型的不確定度；ui——通道i的大氣上行輻射估算模型的不確定度；ULdj—一通道i的大氣下行輻射估算模型的不確定式(6)或公式(9)的模型不確定度。C.3大氣參數(shù)分量引起的地表溫度不確定度評估大氣參數(shù)分量引起的地表溫度不確定度計(jì)算方法如下。a)當(dāng)選擇輻射傳輸模擬法進(jìn)行大氣參數(shù)估算時，根據(jù)5.2.2所使用的大氣溫濕廓線的不確定度，在地表溫度反演過程中，依據(jù)先驗(yàn)知識，將所使用的大氣溫濕廓線各層加入給定的特定分uam=E[(g(x,y)-g(x0,y)2|x,—L.raT。大氣透過率、大氣上行輻射和大氣下行輻射對大氣柱總水汽含量的一階偏導(dǎo)計(jì)算見公公式(C.12)e?——通道i的地表發(fā)射率uw——大氣柱總水汽含量不確定度大氣透過率、大氣上行輻射和大氣下行輻射對大氣柱總水汽含量的一階偏導(dǎo)計(jì)算見公 7)——通道ir——通道i的大氣透過率地表溫度反演模型[公式(3)]是大氣氣溶膠含量的隱式函數(shù)。根據(jù)公式(3)un—一大氣氣溶膠分量引起的地表溫度不確定度Tsfut——僅考慮缺省的大氣氣溶膠類型和含量時反演的地表溫度。[3]ISO/IECGuide98-3:2008Uncertaintyofuncertaintyinmeasurement(GUM:1995)[4]CristobalJ.,Jiménez-MunozperatureretrievalfromtheLandsatseriesthermalbandusingwatervapor[J].JournalofGeophysicalResearch-Atmospheres,2009,114,D08103.[5]Jiménez-MunozJCandSobrinoJAlandsurfacetemperaturefromremotesensingdata[J].JournalofAtmospheres,2003,108(D22),4688.[6]LiZ.-L.,TangB-H.,WuH.,etal.Satestatusandperspectives[J].RemoteSensingofEnvironment,20