基于ENVI bandmath的地表温度反演

本文介绍了如何使用辐射传输方程法,通过ENVI的bandmath工具对Landsat ETM+数据进行预处理、地表比辐射率计算、黑体辐射亮度值计算和地表温度反演,最终得到襄樊市地区的地表真实温度。

         地表温度作为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。主要的地表温度反演方法有:大气校正法,单窗算法,单通道法等等。本文介绍用辐射传输方程法对地表温度进行反演。

     技术流程:

例子数据为2002年9月2日的襄樊市Landsat ETM+数据。根据数据的特点以及地表温度反演研究的技术要求,采用的技术路线为:先对Landsat ETM+数据进行预处理:数据读取、辐射定标、大气校正、襄樊区域裁剪,利用大气校正,即:辐射传输方程法对其影像热红外波段数据进行操作反演,实现襄樊市地区的地表真实温度的反演研究。具体的处理流程如下:

       

图 1 计算流程

具体的实现步骤如下:

第一步:准备数据

热红外数据使用的是Landsat的第六波段,已经做了传感器定标、几何校正、工程区裁剪,详细流程参考上面的流程图。文件为TM6-rad-subset-jz-xiangfan.img。

由TM影像(已经过大气校正)生成的NDVI数据,已经利用主菜单->Basic Tools->Resize Data(SFatial/SFectral)重采样为60米分辨率,与TMi6数据保持一致,文件名为:TM-NDVI-60m.img。

第二步:地表比辐射率计算

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,本文主要根据可见光和近红外光谱信息来估计比辐射率。

(一)   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) (2)

其中,NDVI为归一化差异植被

### 使用 ENVI 软件对哨兵数据进行地表温度反演的方法 ENVI 是一款功能强大的遥感图像处理软件,能够实现多种遥感数据的分析与处理。对于哨兵数据的地表温度反演,可以通过以下方法实现: #### 1. 数据准备 在使用 ENVI 进行地表温度反演之前,需要确保哨兵3B的2级温度产品已正确下载并解压。需要注意的是,官方提供的数据可能并未直接经过定标处理[^2]。因此,在加载数据前,必须先根据公式完成定标操作。 #### 2. 数据加载 打开 ENVI 软件后,通过 `File -> Open Image File` 加载哨兵3B的2级温度产品文件。如果数据未经过定标,则需手动输入定标公式以转换为物理量。定标公式如下: ```python L = M_L * DN + A_L ``` 其中,`M_L` 和 `A_L` 分别为增益和偏移值,可以从元数据文件中获取;`DN` 表示原始数字计数值[^2]。 #### 3. 辐射亮度转换为亮温 利用 ENVI 的 Band Math 功能,将辐射亮度转换为亮温(BT)。亮温计算公式如下: ```python BT = K2 / (ln(K1 / L + 1)) ``` 其中,`K1` 和 `K2` 是波段特定的常数,通常可以从传感器手册中找到;`L` 是经过定标的辐射亮度[^1]。 #### 4. 地表比辐射率估算 地表比辐射率(ελ)是地表温度反演中的关键参数之一。可以基于单窗算法或经验模型估算地表比辐射率。具体公式如下: ```python ελ = a * NDVI + b ``` 其中,`NDVI` 是归一化植被指数,`a` 和 `b` 是经验系数,可根据研究区域的具体条件调整[^3]。 #### 5. 地表温度反演 结合亮温和地表比辐射率,使用单窗算法完成地表温度反演。最终的地表温度公式如下: ```python Ts = BT / (1 + λ * BT / C) ``` 其中,`λ` 是发射辐射的波长(μm),`C` 是光速(m/s)[^3]。 #### 6. 结果验证与输出 完成地表温度反演后,可以通过 ENVI 的统计工具验证结果的合理性。最后,将结果导出为 GeoTIFF 格式以便进一步分析。 ```python # 示例代码:ENVI Band Math 公式 "K2 / (alog(K1 / (M_L * DN + A_L) + 1))" ``` ---
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