Landsat 计算LST（地表温度）——没有大气剖面参数计算器怎么办

最新推荐文章于 2025-04-14 20:32:41 发布

承伤成殇

最新推荐文章于 2025-04-14 20:32:41 发布

阅读量2.5w

点赞数 159

分类专栏：遥感算法文章标签：经验分享算法

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/weixin_43953542/article/details/135849420

版权

本文探讨了在AtmosphericCorrectionParameterCalculator网站停止服务后，如何使用USGS的LandsatCollection-2SurfaceTemperature数据来反演地表温度，包括使用Level-2SurfaceTemperatureBands数据、数据转换、精度验证以及替代计算方法，如利用ASTERGED数据和VFC计算地表比辐射率。

摘要生成于 C知道，由 DeepSeek-R1 满血版支持，前往体验 >

Landsat 计算LST（地表温度）——没有大气剖面参数计算器怎么办

背景

地表温度反演的主要方法有大气校正法（辐射传输方程）、单窗算法和劈窗算法（分裂窗）三种，而这三种方法都至少需要知道大气剖面参数（主要是大气透过率）和地表比辐射率。最常用的大气剖面参数获取来源于Atmospheric Correction Parameter Calculator (nasa.gov)，通过几个参数即可得到大气剖面参数（大气上行辐射、大气下行辐射和波段大气平均透过率），但2024年1月开始上述网站停止服务，不能再获取到大气剖面参数，这对地表温度的反演有很大影响。

解决方案

根据网站描述，USGS提供新的USGS Landsat Collection-2 Surface Temperature 产品，按条件选择后获取数据集。根据网站提供的描述其提供的文件信息，选择Level-2 Surface Temperature Bands数据集。

在这里插入图片描述

根据Landsat Collection 2 表面温度 |美国地质调查局 (usgs.gov)网站提供的https://www.usgs.gov/media/files/landsat-8-collection-2-level-2-science-product-guide数据使用手册。根据命名可以找到ProductID_ST_B10的单波段.tif，根据数据使用手册分析，该文件为USGS已经反演好的地表温度产品。

根据数据规范，该文件单位为开尔文（开式温度），一般我们常用的是摄氏度（℃），所以需要转换。
在这里插入图片描述

由于USGS存储数据都是整形，所以与真实结果往往存在一定的缩放系数和偏移量，通过上表可知Multiplicative Scale Factor = 0.00341802；Additive Offset=149；在ENVI中使用Band Math进行计算b1*0.00341802+149，即可得到真实地表温度，但要注意此时的单位仍然是开尔文，所以需要在减去273.15才能得到摄氏度。

在这里插入图片描述

该数据为2022年7月某地区的结果

测试分析

恰巧在大气剖面参数网站停止服务前，曾经处理过某地区的LST，所以用这种方法和历史的LST产品进行对比，查看一下反演水平。

在这里插入图片描述

从图中可以看出，两者趋势基本一致，均值也比较接近，说明该方案可行。

同时根据Modis数据反演的某区域LST和Landsat8的结果做对比，发现该方案的结果通常比Modis的结果高2-5℃，而使用大气剖面参数的Landsat8反演结果和Modis结果非常接近；
在这里插入图片描述

在这里插入图片描述

从结果来看偏差还是存在的，但整体还是在一个比较合理的区间。下面就来探究一下USGS怎么生成ST_B10文件的。

原理探究

根据USGS的描述，他们使用了如下数据集来生产

Landsat 4-9 Surface Temperature products are generated from Landsat Collection 2 Level-1 thermal infrared bands, Top of Atmosphere (TOA) reflectance, TOA Brightness Temperature, Advanced Spaceborne Thermal Emission and Reflection Radiometer (ASTER) Global Emissivity Database (GED) data, ASTER Normalized Difference Vegetation Index (NDVI) data, and atmospheric profiles of geopotential height, specific humidity, and air temperature extracted from the following inputs:

January 1, 2024 to present: Goddard Earth Observing System (GEOS) for Instrument Teams (IT)
January 1, 2000 to December 31, 2023: Forward Processing for Instrument Teams (FP-IT)
August 22, 1982 to December 31, 1999: Modern Era Retrospective analysis for Research and Applications, Version 2 (MERRA-2)

反演LST的论文为《Atmospheric Compensation for a Landsat Land Surface Temperature Product》根据该论文描述，其采用大气校正法来计算地表温度。

在这里插入图片描述

上图很好的说明了大气校正法的原理，对于卫星Sensor接收到的热红外辐射量，总共有三个来源：

A（upwelled radiance）：来源于目标（Target）物体上方的的大气，属于大气自发向上辐射的能量，通常被称为上行辐射或上涌辐射；
B（downwelled radiance）：来源于目标上方的大气先对目标（Target）辐射，然后经过目标的反射到达传感器，通常被称为下行辐射；
C（radiance due to temperature）：是目标本身的辐射，也是我们最后需要确定的结果。
D（background）：属于背景辐射，背景辐射到目标然后反射到传感器，但根据参考论文的描述，当背景物体较少或只遮挡一小部分天空时，这种能量路径产生的光子通常可以忽略不计；

基于上述情况，可以认为传感器接收到的能量减去上行和下行，就是目标的能量，基于这个观点，提出了大气校正法。
$L_{obs} = (L_T\epsilon+(1-\epsilon)L_d)\tau + L_u$