一种Landsat 8卫星数据地表温度反演方法

摘要

一种Landsat 8数据地表温度反演方法，该方法完全基于Landsat 8数据本身不需要任何外部数据源，克服了传统Landsat数据地表温度反演必须依赖外部数据源造成的局限，该发明对于实现利用Landsat 8数据业务化地生产地表温度产品具有重要的现实意义。

主权项

一种Landsat 8卫星数据地表温度反演方法，其步骤为：第一步、计算Landsat 8第10波段和第11波段的星上辐射亮度和星上亮度温度L_sen＝M_LQ_cal+A_LT_sen＝K₂/ln(1+K₁/L_sen) 其中，L_sen是星上辐射亮度，T_sen是星上亮度温度，ML为波段的增益，A_L为波段的偏置，Q_cal为影像DN值，K1和K2为常数，ML，A_L及K1和K2从Landsat 8头文件获得；第二步、利用NDVI(Normalized Difference Vegetation Index)阈值法来获取比辐射率ε：其中DN_band5和DN_band4分别表示Landsat8第5波段和第4波段影像的DN值；当NDVI＜NDVI_s时，ε＝ε_s，其中NDVI_s是纯裸土区域的NDVI，ε_s是土壤的比辐射率；当NDVI＞NDVI_v时，ε＝ε_v，其中NDVI_v是纯植被区域的NDVI，ε_v是植被的比辐射率；当NDVI_s≤NDVI≤NDVI_v时，ε＝ε_s(1‑FVC)+ε_vFVCFVC是植被覆盖度：NDVI_s和NDVI_v可以从图像上选取均质的裸土区域和植被区域来获取；ε_s和ε_v通过MODIS UCSB比辐射率库和Landsat 8TIRS波谱响应函数计算得到；第三步：计算大气水蒸汽含量ww＝a(τ_j/τ_i)+b且其中，τ_i为i波段的大气透过率，τ_j为j波段的大气透过率，εi为i波段的比辐射率，ε_j为j波段的比辐射率，k表示第k个像元，T_i，k为第k个像元i波段的星上亮度温度，T_j，k为第k个像元j波段的星上亮度温度，为N个像元i波段的平均星上亮度温度，为N个像元j波段的平均星上亮度温度，对于Landsat8数据，i，j分别为10，11，N表示窗口大小，取20像元*20像元；系数a和b利用MODTRAN4.0大气辐射传输模型和TIGR数据库来模拟大气水蒸汽含量w 与Landsat8热红外波段大气透过率比值τ₁₁/τ₁₀之间的关系得到：w＝‑18.973(τ₁₁/τ₁₀)+19.13  R²＝0.9663，τ₁₁/τ₁₀＞0.9w＝‑13.412(τ₁₁/τ₁₀)+14.158  R²＝0.9366，τ₁₁/τ₁₀＜0.9第四步：计算地表温度其中T_s是地表温度，ε是比辐射率，L_sen是Landsat8第10波段的星上辐射亮度，(γ，6)可以表达为：其中T_sen是Landsat8第10波段的星上亮度温度，b_γ等于1324K，ψ₁，ψ₂，和ψ₃是大气函数，可以利用以下公式从大气水蒸汽含量(w)来近似得到：ψ₁＝0.04019w²+0.02916w+1.01523 ψ₂＝‑0.38333w²‑1.50294w+0.20324 ψ₃＝0.00918w²+1.36072w‑0.27514 。