基于ETM+数据的福州市地表温度反演.doc

基于ETM+数据的福州市地表温度反演 1 引言 随着城市化进程的不断加速，城市热岛效应表现的尤为突出。地表温度作为城市热岛效 应、地球环境分析的重要指标，而遥感技术作为现代重要的对地观测手段，使得基于遥感图 像的地表温度反演的研究越来越多。地表温度反演方法有很多，如：大气校正法，单窗算法， 单通道法等等。本实验主要采用Landsat ETM+遥感影像，运用辐射传输方程法（大气校正 法）对地表温度进行反演。该方法需要进行大气校正，消除大气层对地表辐射能量的影响， 这就需要从卫星观测得到的热辐射能量中扣除大气层的辐射分量，并利用热红外波段（Band 61、62）范围内的地表发射率作为参数，反演出地表的真实温度。 本实验详细介绍了利用Landsat ETM+图像反演福州市地表温度的完整流程，实验涉及Landsat ETM+的数据读取、辐射定标、反演模型、遥感反演过程、反演结果验证等内容。主要采用的技术：ENVI 主模块中的Landsat ETM+数据读取、热红外波段数据的辐射定标、Bandmath使用、最终的结果统计分析等。在ENVI4.1版本完成整个操作过程。 福州市是福建省的省会，位于闽东南沿海，台湾海峡西岸，地处东经118°08′-120°31′，北纬25°15′-26°39′，土地利用类型主要有林地、建设用地、耕地、水体和未利用地。属暖热湿润的亚热带季风气候，年平均温度17℃～22℃,平均降雨量1400mm～2000mm，盛行东北风。福州市属河口盆地地貌，地势由西北内陆向东南沿海倾斜，主城区位于盆地的盆心，东部、北部为山地丘陵，南部为平原。闽江自西北向东南穿流而过，由于向海的开口很小，地形相对封闭，加之建筑物的阻挡,不利于气流流动,造成城区温度较高，夏季中午气温高达36℃以上。特别是近年来，福州市经济的迅速发展，加快了城市化进程的步伐和建成区扩展的速度，热岛效应严重。 本文数据来源于地理空间数据(/)上下载的福州市地区Landsat7ETM+影像。影像获取时间为北京时间20年5月2日，14:23；条带号为119，行号为42；中心经度118.，中心维度；平均云量0.34；太阳高度角太阳方位角 4 实验步骤 4.1数据读取和定标 ENVI 下自带的Landsat 定标工具“Landsat Calibration”，在读取文 件数据后，会根据元数据中的信息进行增益值与偏移值的自动读取，直接根据功能对话框点 击“确定”即可。 4.2 可见光-近红外大气校正 消除大气的影响以获取精度更高的NDVI 及植被覆盖度，用于计算地表比辐射量。这里采用的是快速大气校正。 4.3 反演 1)辅助数据的获取 本专题采用的是大气校正法进行的地表温度反演，其中涉及到大气上行辐射、下行辐射以及大气的透过率数据，这些数据可以在NASA 官网(/)中输入成像时间以及其中心经纬度，则会提供上式中所需要的参数。 2)地表比辐射率的计算 地表比辐射率值的计算是地表温度反演的一个难点，本专题主要采用先验公式的方法利 用植被覆盖度进行地表比辐射率值的计算。 3)地表真实温度的获取 专题中反演部分是采用反演公式在ENVI 主模块下的Band Math 进行运算实现的。 4.4 路线图 5 详细步骤 5.1 数据读取与辐射定标 1)数据读取在ENVI 主菜单中，选择File- Open External File- Landsat-GeoTIFF with Metadata，打L__MTL.txt。包含了三种数据：可将光波段数据（HRF），热红外波段数据（HTM）和全色波段数据（B80）。 2)辐射定标-Basic Tools-preprocessing-Calibration Utilities-Landsat Calibration，选择需要定标的数据，包括可见光波段数据和热红外波段数据，该过程功能可以从读取文件中直接获取实验数据的元数据（成像时间，定标参数等等）。 5.2 快速大气纠正 选择Spectral -QUick Atmospheric Correction，对定标后的可见光数据执行快速 大气校正。 可见光波段校正后结果 5.3 地表比辐射率值的计算 物体的比辐射率是物体向外辐射电磁波的能力表征。它不仅依赖于地表物体的组成，而 且与物体的表面状态(表面粗糙度等)及物理性质(介电常数、含水量等)有关，并随着所测定 的波长和观测角度等因素有关。在大尺度上对比辐射率精确测量的难度很大，目前只是基于 某些假设获得比辐射率的相对值，本实验主要根据可见光和近红外光谱信息来估计比辐射率。 1)归一化植被指数(NDVI) 利用ETM3、4波段的象元DN值利用下面的公式（1）求得归一化植被指数NDVI： NDVI = (NIR-R)/(NIR+R) （1） 这里，NIR 和R