landsat遥感影像地表温度反演教程大气校正法

Landsat数据地表温度反演教程

Landsa8遥感影像数据一景，本教程以重庆市2015年7月26日的=行列号为（128，049）影像（）为例。

同时需提前查询影像的基本信息（详见下表） 标识 …… 日期 2016/7/26 …… 采集时间 3:26:56 …… 中心经度 中心纬度 106.11288 30.307 …… …… 注：基本信息在影像头文件中均可查询到，采集时间为格林尼治时间。 二、地表温度反演的总体流程 三、具体步骤 1、辐射定标

地表温度反演主要包括两部分，一是对热红外数据，二是多光谱数据进行辐射定标。 （1）热红外数据辐射定标

选择RadiometricCorrection/RadiometricCalibration。在FileSubset选择ThermalInfrared1（10.9），打开RadiometricCalibration面板。

Scalefactor不能改变，否则后续计算会报错。保持默认1即可。 （2）多光谱数据辐射定标 选择要校正的多光谱数据“” 进行辐射定标。

因为后续需要对多光谱数据进行大气校正，可直接单击ApplyFlaashSettings，如下图。

注意与热红外数据辐射定标是的差别，设置后Scalefactor值为0.1。

2、大气校正

本教程选择Flaash校正法。FLAASHAtmosphericCorrection，双击此工具，打开辐射定标的数据，进行相关的参数设置进行大气校正。

注意：如果在多光谱数据辐射定标时Scalefactor值忘记设置，可在本步骤中打开辐射定标数时设置singlescalefaceor值为0.1，若已设置，则默认值为1即可。 1)???InputRadianceImage：打开辐射定标结果数据； 2)??设置输出反射率的路径，由于定标时候；

3)??设置输出FLAASH校正文件的路径，最优状态：路径所在磁盘空间足够大； 4)??中心点经纬度SceneCenterLocation：自动获取；

5)???选择传感器类型：Landsat-8OLI；其对应的传感器高度以及影像数据的分辨率自动读取；

6)??设置研究区域的地面高程数据；

7)???影像生成时的飞行过境时间：在layermanager中的Lc8数据图层右键选择ViewMetadata，浏览time字段获取成像时间；

注：也可以从元文件“”中找到，具体名称：DATE_ACQUIRED=2013-05-12；SCENE_CENTER_TIME=02:55:26.6336980Z；

8)??大气模型参数选择：Sub-ArcticSummer（根据成像时间和纬度信息选择）； 9)???气溶胶模型AerosolModel：Urban，气溶胶反演方法AerosolRetrieval：2-band（K-T）；

10)??其他参数按照默认设置即可。 11)多光谱参数设置中，

K-T反演选择默认模式：Defaults->Over-LandRetrievalstandard（600:2100）

波谱响应函数：默认指向..

\\ProgramFiles\\Exelis\\ENVI51\\classic\\filt_func\\landsat8_oli.sli

把它重新指向：..\\ProgramFiles\\Exelis\\ENVI51\\resource\\filterfuncs\\landsat8_oli.sli 注：这是因为ENVI5.1版本的一个小bug，即Classic中的L8的波谱响应函数不正确，另外一个一劳永逸的方法是：将“\\Exelis\\ENVI51\\resource\\filterfuncs”中的Landsat8_oli.sli和Landsat8_oli.hdr两个文件拷贝覆盖：“...\\ENVI51\\classic\\filt_func”中的两个文件。

否则SWIR1波段大气校正后的结果全为0。见下图

12)高级参数设置：根据内存大小设置TileSize（Mb）：100(8g物理内存)，其他参数默认即可，详细见下图

经过FLAASH校正的影像基本去除了空气中水汽颗粒等因子的影响，植被的波谱曲线趋于正常。

3、地表比辐射率计算 （1）植被覆盖度计算

计算植被覆盖度Fv采用的是混合像元分解法，将整景影像的地类大致分为水体、植被和建筑，具体的计算公式如下： FV=(NDVI-NDVIS)／(NDVIV-NDVIS)

其中，NDVI为归一化差异植被指数，取NDVIV=0.70和NDVIS=0.00，且有，当某个像元的NDVI大于0.70时，FV取值为1；当NDVI小于0.00，FV取值为0。 利用ENVI主菜单->BasicTools->BandMath，在公式输入栏中输入： (b1gt0.7)*1+(b1lt0.05)*0+(b1ge0.05andb1le0.7)*((b1-0.05)/(0.7-0.05)) b1:选择NDVI图像 （2）地表比辐射率计算

根据前人的研究，将遥感影像分为水体、城镇和自然表面3种类型。本专题采取以下方法计算研究区地表比辐射率：水体像元的比辐射率赋值为0.995，自然表面和城镇像元的比辐射率估算则分别根据下式进行计算： εsurface=0.9625+0.0614FV-0.0461FV2 εbuilding=0.95+0.086FV-0.0671FV2

式中，εsurface和εbuilding分别代表自然表面像元和城镇像元的比辐射率。 利用ENVI主菜单->BasicTools->BandMath，在公式输入栏中输入： (b1le0)*0.995+(b1gt0andb1lt0.7)*(0.95+0.086*b2-0.0671*b2*b2)+(b1ge0.7)*(0.9625+0.0614*b2-0.0461*b2*b2) b1：NDVI值； b2：植被覆盖度值。 得到地表比辐射率数据。

4、计算相同温度下黑体的辐射亮度值

卫星传感器接收到的热红外辐射亮度值Lλ由三部分组成：大气向上辐射亮度L↑，地面的真实辐射亮度经过大气层之后到达卫星传感器的能量；大气向下辐射到达地面后反射的能量。卫星传感器接收到的热红外辐射亮度值的表达式可写为（辐射传输方程）：

Lλ=[ε·B(TS)+(1-ε)L↓]·τ+L↑??

这里，ε为地表辐射率，TS为地表真实温度，B(TS)为普朗克定律推到得到的黑体在TS的热辐射亮度，τ为大气在热红外波段的透过率。则温度为T的黑体在热红外波段的辐射亮度B(TS)为：

?????????????????????????????????????????????????B(TS)=[Lλ-L↑-τ·(1-ε)L↓]/τ·ε???? 在NASA官网()中输入成影时间以及中心经纬度，则会提供上式中所需要的参数。本专题输入的数据是重庆市地区2016年7月26日格林尼治时间时间03：26，平均气温32.601℃，气压961.841MP，相对湿度63.6%，Landsat8OLI影像，影像中心的经纬度为：30.307N,106.11288E 重庆属中纬度夏季天气 选择基于精确信息数据 Landsat8数据，波段10 得到下图参数图:?

大气在热红外波段的透过率τ为0.41， 大气向上辐射亮度L↑为5.23W/(m2·sr·μm)， 大气向下辐射亮辐射亮度L↓为7.52W/(m2·sr·μm)。

利用ENVI主菜单->BasicTools->BandMath，在公式输入栏中输入：

（b2-5.23-0.41*（1-b1）*7,52）/（0.41*b1） b1：60m分辨率的地表比辐射率值； b2：表示热红外波段的辐射定标值。

得到了温度为T的黑体在热红外波段的辐射亮度值。 5、反演地表温度

在获取温度为TS的黑体在热红外波段的辐射亮度后，根据普朗克公式的反函数，求得地表真实温度TS：

??????????????????????????TS?=K2/ln(K1/B(TS)+1)????

对于landsat8，K1=774.8853W/(m2·sr·μm)，K2=1321.07K。 利用ENVI主菜单->BasicTools->BandMath，在公式输入栏中输入：

（1321.07）/alog（774.8853/b1+1）-273 b1：温度为T的黑体在热红外波段的辐射亮度值。 得到真实的地表温度值，单位是摄氏度。