一种基于近红外高光谱和热红外单通道影像的海表温度协同反演方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于近红外高光谱和热红外单通道影像的海表温度协同反演方法，其特征在于所述的海表温度协同反演方法包括以下步骤：S1：热红外数据云检测；S2：高光谱数据大气水汽含量反演；S3：大气透过率与有效平均温度计算；S4：海表温度计算。大气水汽含量是影响红外海温反演精度的主要因素，当前主要使用热红外劈窗技术或引入气象观测辅助数据的方法进行大气水汽影响订正。本发明提出了一种利用近红外水汽吸收峰高光谱数据获取大气水汽含量，以进行热红外影像海表温度反演大气影响订正的新方法。该方法可有效解决热红外单通道影像反演海表温度缺乏同步大气水汽含量数据的难题。
【专利说明】一种基于近红外高光谱和热红外单通道影像的海表温度协同反演方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及卫星遥感应用【技术领域】，特别是涉及一种海表温度反演方法。
【背景技术】
[0002]水汽是近红外到热红外谱段最主要的大气吸收气体，也是单通道热红外遥感载荷海表温度反演误差的主要来源，现有单通道热红外海温反演利用地面气象台站观测资料或数值天气预报模式的获得大气水汽含量信息，由于远海海域岛基气象站数量稀少，而数值模式输出的水汽产品空间分辨率远低于新型热红外遥感载荷、预报频次也难以与卫星过境时间匹配，因此导致了海表温度反演精度的降低。
【发明内容】
[0003]为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种基于近红外高光谱和热红外单通道影像的海表温度协同反演方法。
[0004]本发明要解决的技术问题是一种基于近红外高光谱和热红外单通道影像的海表温度协同反演方法，用于我军新型航天成像侦察平台同时搭载的高光谱和热红外遥感载荷数据反演海面温度的工作，提高海表温度定量反演精度。
[0005]本发明所采用的技术方案是:
[0006]通过阈值法对热红外通道遥感影像进行云检测，得到只包含晴空像元的输入影像，利用与红外遥感器同平台搭载的高光谱遥感器水汽吸收通道观测数据提取大气水汽含量，进而利用近似关系估算热红外通道的大气透过率和有效平均大气温度，最后通过热红外通道亮度温度与上述各参量间的函数关系进行海表温度定量反演。
[0007]与现有技术相比，本发明的有益效果是:利用与热红外载荷同平台搭载的近红外高光谱载荷提取的大气水汽含量信息，在观测时间上与红外数据完全匹配，在观测角度和空间覆盖上也差距很小，因此有效的避免了现有技术利用地面气象台站观测和数值模式预报获取水汽信息时存在的时空匹配误差。
【专利附图】
【附图说明】
[0008]图1为基于近红外高光谱和热红外单通道影像的海表温度协同反演的流程图。
【具体实施方式】
[0009]下面结合附图对本发明进一步说明。
[0010]以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
[0011](I)云检测
[0012]利用阈值法对输入红外影像进行云检测。在开阔的海洋表面，当某像元对应的亮度温度低于某一域值时，认为像元处于非晴空条件下。该域值的选取与云监测海域的经纬度、气候条件等因素有关。
[0013](2)大气水汽含量反演
[0014]临近的水汽强吸收和弱吸收波段接收到的辐射强度差异主要由大气水汽含量控制，因此可采用连续波段内插法计算大气水汽含量:
[0015]R = L ( λ a) / [C1L (A1) +C2L ( λ 2)]
[0016]C1 = ( λ 2- λ a) / ( λ 2- λ j)(I)
[0017]C2 = ( λ「λ a) / ( λ 2- λ !)
[0018]其中，R为连续内插波段比值，L为波段辐射亮度，λ” λ^Ρ λ 2分别为水汽强吸收波段和其前后紧邻的2个水汽弱吸收波段，如943nm、865nm和1013nm。
[0019]由于遥感器观测角度可能存在非星下点垂直观测，因此斜程的大气水汽含量Z与连续内插波段比值R之间的函数关系为:
【权利要求】
1.一种基于近红外高光谱和热红外单通道影像的海表温度协同反演方法，其特征在于，所述的海表温度协同反演方法包括以下步骤: . 51:热红外数据云检测； . 52:高光谱数据大气水汽含量反演； . 53:大气透过率与有效平均温度计算； . 54:海表温度计算。
2.如权利要求1所述的基于近红外高光谱和热红外单通道影像的海表温度协同反演方法，其特征在于所述SI中单通道热红外数据云检测采用阈值法进行。
3.如权利要求1所述的基于近红外高光谱和热红外单通道影像的海表温度协同反演方法，其特征在于所述S2中高光谱数据大气水汽含量反演包括: . 521:利用波段内插法计算连续内插波段比值，计算公式为:
R = LOa)/ [C1L ( λ j) +C2L ( λ 2)] C1 = ( λ 2_ λ J / ( λ 2_ λ I)(I)
C2 = ( λ 1_ λ a)/( λ 2_ λ I) 其中，R为连续内插波段比值，L为波段辐射亮度，λ”入1和λ 2分别为水汽强吸收波段和其前后紧邻的2个水汽弱吸收波段，如943nm、865nm和1013nm。 . 522:利用连续内插波段比值R计算斜程大气水汽含量w*’计算公式为:Vw*" = axy.\aR + a2(2) 其中，ai和a2为待定系数，其大小与选取的水汽波段位置和波段响应函数有关，可以通过M0DTRAN等大气辐射传输模式模拟计算。 . 523:将斜程大气水汽含量转换为垂直方向大气总水汽含量W:
w = w*/ (I/cos Θ s+l/cos Θ V)(3) 其中，93和θν分别为太阳天顶角和卫星观测天顶角。
4.如权利要求1所述的基于近红外高光谱和热红外单通道影像的海表温度协同反演方法，其特征在于所述S3包括: . 531:通过大气水汽含量w计算大气透过率τ ； . 532:通过大气水汽含量w计算有效平均大气温度。
5.如权利要求1所述的基于近红外高光谱和热红外单通道影像的海表温度协同反演方法，其特征在于所述海温计算公式为:
Ts = {A (1-C-D) + [B(l -C-D) +C+D] Tsensor-DTj /C (4) 式中，Ts为海表温度；TsmsOT为红外遥感器获取的热红外通道亮温；Ta为有效平均大气温度；A，B为无量纲常数，分别为67.355，0.458 ;C= ε τ , ε为海水发射率(可取近似值.0.985)，τ 为大气透过率；D = (1- τ ) [1+(1- ε ) τ ]。
【文档编号】G01J5/58GK104180907SQ201310188851
【公开日】2014年12月3日 申请日期:2013年5月21日 优先权日:2013年5月21日
【发明者】江碧涛, 时春雨, 李紫薇, 周春平, 杨晓峰, 蔡琳, 马胜, 杨晓月, 马璐, 赵俊保, 吴正升, 胡世仓 申请人:江碧涛