影像数据均经过精确地理校正,并具有相同的投影坐标系统(WGS84),Landsat TM5数据中TM l~5波段为多光谱波段,空间分辨率为30m,第6波段为热红外波段,空间分辨率为120米,经过重采样统一为30米。利用ENVI5.0SP3软件自带Radiometric Calibration工具对多光谱波段进行辐射定标(同时以区域矢量边界为辅助数据,对经过辐射定标的影像进行裁剪)。 2. 地表温度反演
Landsat TM5影像第6波段为热红外辐射波段,接收的热红外强度与地表温度高低正相关,可转化为地表的实际温度。按照以下步骤对地表温度进行反演: 1黑体辐射亮度值(Tb:Brightness Temperature): ○
利用ENVI5.0SP3软件平台Band Math工具,通过公式(3-1)将TM热红外波段(第六波段)像元值DN值转变为黑体的辐射亮温值:
𝐿𝜆=𝐿𝑀𝐼𝑁+
𝐿𝑀𝐴𝑋−𝐿𝑀𝐼𝑁
255
∗𝐷𝑁 (3-1)
式中,DN为像元灰度值;Lλ为地物在光谱λ处(单位μm,文中λ取波段中间值11.45μm)处的热辐射值(单位:W·m-2·sr-1·μm-1),LMIN表示TM热红外波段DN为0时的热辐射亮度值,LMAX表示TM热红外波段DN为最大值时的热辐射值。LMIN =1.2378 W·m-2·sr-1·μm-1,LMAX=15.303 W·m-2·sr-1·μm-1。
假设热红外波段在不同下垫面的地表发射率相同,利用普朗克公式反函数公式(3-2)将计算得出的热辐射值Lλ转换成传感器端的有效亮温(Tb):
T𝑏=
𝐾2ln(1+
𝐾1)𝐿𝜆
(3-2)
式中,Tb为有效亮温值,K1、K2为定标系数,其中K1=607.76 W·m-2·sr-1·μm-1,K2=1260.56K
2地表比辐射率(ε): ○
利用ENVI5.0SP3软件平台快速大气校正工具(QUAC)对经过裁剪的辐射定标后的多光谱波段数据进行大气校正,通过公式(3-3)获得归一化植被指数(NDVI:Normalized Difference Vegetation Index)
𝑁𝐷𝑉𝐼=
𝑁𝐼𝑅−𝑅𝑁𝐼𝑅+𝑅
(3-3)
式中,NIR和R分别是TM影像的近红外波段(波段4)和红光波段(波段3)的灰度值(DN)
在获取的归一化植被指数(NDVI)基础上,采用混合像元分解法计算植被覆盖度(Pv),依据经验值,当NDVI>0.5时,下垫面为植被,植被覆盖度(Pv)取1;当NDVI<0.2时,下垫面为裸露土地,植被覆盖度(Pv)取0;当0.2≤NDVI≤0.5时,依照公式(3-4)计算植被覆盖度(Pv)。
𝑃𝑉=𝑉
𝑉𝑁𝐷𝑉𝐼−𝑉𝑁𝐷𝑉𝐼−𝑚𝑖𝑛
𝑁𝐷𝑉𝐼−𝑚𝑎𝑥−𝑉𝑁𝐷𝑉𝐼−min
(3-4)
式中:PV为植被覆盖度,VNDVI-min=0.2, VNDVI-max=0.5。
同样根据归一化植被指数(NDVI)区分不同下垫面的地表比辐射率值(ε),当NDVI>0.5时,下垫面为植被,地表比辐射率值(ε)取0.95;当NDVI<0.2时,下垫面为裸露土地,地表比辐射率值(ε)取0.92;当0.2≤NDVI≤0.5时,根据公式(3-5)计算地表比辐射率值(ε)
ε=0.95𝑃𝑉+0.92(1−𝑃𝑉) (3-5)
3地表温度反演 ○
利用绝对表面温度表达式(公式3-6),根据不同下垫面的比辐射率值将所获取的黑体的辐射亮温值(Tb)转换为地表实际温度(LS:Land Surface Temperature)
𝑇𝑆=
𝑇𝐵1+(λ∗
𝑇𝐵)𝑙𝑛𝜀𝜌
−273.5 (3-6)
式中:Ts为地表实际温度,Tb为辐射亮温,λ为地物所处光谱,λ=11.45μm,ρ为斯忒籓—玻耳兹曼常数(σ,)除普朗克常数(h)与光速(c)乘积的商,ρ=h*c/σ, =1.438*10-2m·K,ε为地表发射率。
注意公式中单位的转换。
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