遥感温度产品真实性验证及空间尺度转换研究

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随着我国航天事业的不断前进发展,卫星的成功发射升空,对应的遥感产品将有着广泛的使用价值。风云三号卫星的成功发射,对应的影像产品的真实性验证也急需解决,这些数据在气象、海洋、资源、环境和军事等方面都提供着重要的依据。其中的一个地面参数,地表温度在诸多地方例如城市热岛、森林火灾等方面都有着重要的作用,它作为一个对地观测的重要指标,使得它的真实可靠性很重要,因此对国产风云卫星LST产品真实性检验研究的意义重大。本文的研究区域选择的是我国大陆南端沿海的广东省和四川省成都市区北郊的彭州市,所使用到的数据包括高分辨率Landsat8影像数据、中低分辨率的风云三号温度产品数据、国产环境星HJ-1B CCD和IRS影像数据及中低分辨率的MODIS LST日产品数据。主要研究内容如下:(1)对卫星影像数据进行预处理,包括几何校正、辐射定标、大气校正和区域裁剪。Landsat8中公式中的参数按照相关文档对应值进行修改,环境星数据处理包括波谱响应函数的制作,定标公式和常量值按元文件中所给进行计算。(2)使用植被指数方法对Landsat8进行地表比辐射率的估计,事先已经对可见光波段进行了辐射定标,用FLAASH大气校正模型对TM4、TM5波段进行了大气校正。此种方法中对地表分成了三大类包括水体、植被和人工建筑,已经能达到地表比辐射率所需精度要求,所以按对应地表类型的经验公式进行计算。(3)描述了四种常用的温度反演算法,使用这四种算法,即普适的单通道算法、辐射传导方程法、单窗算法和基于影像的反演算法来对高分辨率影像进行地表温度的反演,再对四种反演结果的三种地物类型求取两两差值,分别进行比较分析。由于辐射传导方程法中参数由NASA获取,精确度较高,所以后续选取此算法的反演结果来进行后续的FY-3B LST产品验证。(4)在LST产品真实性验证中,由于尺度不一致,直接拿30m高分辨率的Landsat8遥感影像反演的LST来验证中低分辨率的产品,产生的误差是比较大的。因为地表异质性的影响和尺度转换中所带来的误差。(5)采用无线传感器网络实时获得地面测量数据,通过采样点不同布点方式的考虑研究,根据对实验区域的情况选用一种高精度、高准确度的方式。根据地统计学方式选取布点方案,使得地面实测值能代表像元的真实值,然后以环境星影像为辅助数据,把地面实测温度值转换到和它同样的尺度进行比较分析。最后把环境星数据尺度上推同当天的风云温度产品进行对比研究,可以发现两者误差在1.0K左右,达到所需精度要求。结论:风云三号温度产品同高分辨率反演结果和MODIS温度产品相关性很高,但是数据缺失率相比MODIS严重,并且不包括河流湖泊等水体温度值,导致边缘数据较多,对结果误差影响较大。同国产环境星数据相关性也很好,两者误差达到3°左右,时间尺度影响较大。0°以下温度影像基本是缺失状态不可用,在一天中温度变化不大,即时间尺度影响不大时,相关性高,均方根误差均小于1,满足精度要求。整体上风云三号温度产品的值是可用的,但是同MODIS温度产品还有一定的距离。
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