背景介绍

热红外遥感(Infrared Remote Sensing)是指传感器工作波段限于红外波段范围之内的遥感，即利用星载或机载传感器收集、记录地物的热红外信息，并利用这种热红外信息来识别地物和反演地表参数如温度、湿度和热惯量等。目前有很多的卫星携带了热红外传感器，包括ASTER、AVHRR、MODIS、TM/ETM+/ TIRS等。

目前，地表温度反演算法主要有以下三种：大气校正法(也称为辐射传输方程法)、单通道算法和分裂窗算法。本次以苏州市为例，基于大气校正法，利用Landsat 8 TIRS数据进行地表温度反演。

反演原理

基本原理：首先估计大气对地表热辐射的影响, 然后把这部分大气影响从卫星传感器所观测到的热辐射总量中减去, 从而得到地表热辐射强度, 再把这一热辐射强度转化为相应的地表温度。

具体实现：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L↓。卫星传感器接收到的热红外辐射亮度值Lλ的表达式可写为(辐射传输方程)：

从上可知，此类算法需要两个参数：大气剖面参数和地表比辐射率。大气剖面参数可以从NASA提供的网站(https://atmcorr.gsfc.nasa.gov/)上获取，需要输入影像成像时间和中心经纬度，适用于一个热红外波段的数据，如Landsat TM/ETM+/TIRS数据。

反演流程

操作步骤

1、辐射定标

辐射定标是将传感器记录的电压或数字量化值转换为绝对辐射亮度值(辐射率)的过程，或者转化为与地表反射率、表面温度等物理量有关的相对值的处理过程。

在ENVI中，利用Radiometric Calibration工具对热红外波段Thermal Infrared1 (Band10)进行辐射定标。

如此便得到Band10辐射亮度图像。

2、大气校正(可选)

大气校正的目的是消除大气和光照等因素对地物反射的影响，获得地物反射率、辐射率、地表温度等真实物理模型参数。ENVI提供了FLAASH大气校正工具，FLAASH支持的传感器众多，采用MODTRAN5辐射传输模型，通过图像像素光谱上的特征来估计大气属性，可以有效地去除水蒸气/气溶胶散射效应。

3、地表比辐射率计算

(1)利用NDVI快速计算工具Spectral/Vegetation/NDVI工，在文件输入对话框中，选择Landsat8 OLI多光谱图像。其它参数如下，计算得到NDVI。

(2)在Toobox中，选择Band Ratio/Band Math，输入表达式：(b1 gt 0.7)*1+(b1 lt 0.05)*0+(b1 ge 0.05 and b1 le 0.7)*((b1-0.05)/(0.7-0.05))，b1为NDVI，计算得到植被覆盖度图像。

(3)在Toobox中，选择Band Ratio/Band Math，输入表达式：0.004*b1+0.986

其中，b1：植被覆盖度图像，计算得到地表比辐射率图像。

4、黑体辐射亮度与地表温度计算

在NASA公布的网站查询上输入成影时间和中心经纬度以及其他相应的参数，得到大气剖面信息为：

(1)依据公式(1.2)，利用Band Math工具，输入表达式：(b2-0.36-0.95*(1-b1)*0.65)/(0.95*b1)

其中，b1：地表比辐射率图像，b2：Band10辐射亮度图像，计算得到同温度下的黑体辐射亮度图像。

(2)依据公式(1.3)，利用Band Math工具，输入表达式：(1321.08)/alog(774.89/b1+1)-273

其中，b1：同温度下的黑体辐射亮度图像，得到单位为摄氏度的地表温度图像。

以上就是基于大气校正法的Landsat 8 TIRS地表温度反演。附直男配色的专题图。。。