地表温度日内变化过程的遥感估算方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种地表温度日内变化过程的遥感估算方法和装置，涉及地表温度遥感反演技术领域，该方法包括获取目标区域在目标日期全天的气象数据，以及全天中有云时刻和无云时刻的地表净辐射数据和土壤热通量数据、无云时刻的遥感反演地表温度数据和植被指数数据；根据上述各数据计算目标区域的无云时刻蒸散发、无云时刻参考蒸散发和有云时刻参考蒸散发；根据该无云时刻蒸散发、无云时刻参考蒸散发和有云时刻参考蒸散发计算有云时刻蒸散发，并计算有云时刻的地表感热通量；根据该感热通量计算有云时刻的地表温度。本发明专利技术实施例提供的地表温度日内变化过程的遥感估算方法和装置，可以利用遥感手段快速获取有云条件下地表温度的日内变化过程。

【技术实现步骤摘要】
地表温度日内变化过程的遥感估算方法和装置
本专利技术涉及地表温度遥感反演
，尤其是涉及一种地表温度日内变化过程的遥感估算方法和装置。
技术介绍
地表温度是区域和全球尺度上地表能量平衡和水循环过程中的关键参数。地表温度日内变化过程能够提供地表能量平衡状态的时空变化信息，用于评估地表能量与水文平衡、地表热惯量和土壤湿度，有助于获取全球表面温度及长期变化情况，对气候、气象和水文等研究具有重要意义。由于地表温度的空间异质性，要获取区域和全球尺度上的地表温度日内变化过程，常规的地面定点观测难以实现，卫星遥感是获取区域尺度上地表温度日内变化过程最便捷的方式。目前，通过遥感手段获取地表温度日内变化过程主要通过地表温度日变化(Diurnaltemperaturecycle,DTC)模型得到，该模型通过描述一天中地表温度随时间变化的曲线来获得地表温度的日内变化过程。但是由于地表温度在一天的变化过程中受云影响极为明显，当研究时间中有云出现，地表温度随时间变化不再满足DTC模型中的曲线。因此，该模型只能适用于完全晴天条件，而不能应用于有云条件。在实际研究中，部分有云或者全天有云的现象普遍存在，但是，针对有云天地表温度日内变化过程的遥感估算的技术问题，目前尚未提出有效的解决方案。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种地表温度日内变化过程的遥感估算方法和装置，可以利用遥感手段快速获取有云条件下地表温度的日内变化过程。第一方面，本专利技术实施例提供了一种地表温度日内变化过程的遥感估算方法，该方法包括：获取目标区域在目标日期全天的气象数据，以及该目标日期全天中有云时刻和无云时刻的地表净辐射数据和土壤热通量数据、无云时刻的遥感反演地表温度数据和植被指数数据；该气象数据包括：空气温度数据、大气压强数据、相对湿度数据和风速数据；无云时刻的地表净辐射数据和土壤热通量数据从遥感数据获得；根据上述地表净辐射数据、土壤热通量数据、无云时刻的遥感反演地表温度数据和无云时刻的植被指数数据和气象数据计算该目标区域的无云时刻蒸散发、无云时刻参考蒸散发和有云时刻参考蒸散发；该无云时刻蒸散发和该无云时刻参考蒸散发分别为该目标区域在全天中卫星过境时刻为晴空的蒸散发和参考蒸散发，该有云时刻参考蒸散发为全天中除卫星过境时刻的其他有云时刻的参考蒸散发；根据该无云时刻蒸散发、该无云时刻参考蒸散发和该有云时刻参考蒸散发计算有云时刻蒸散发；该有云时刻蒸散发为全天中除卫星过境时刻的其他有云时刻的蒸散发；根据该有云时刻蒸散发、有云时刻地表净辐射、所述有云时刻土壤热通量计算有云时刻的地表感热通量；根据该感热通量计算该目标区域在目标日期全天中有云时刻的地表温度。结合第一方面，本专利技术实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，上述根据该遥感反演地表温度数据、植被指数数据、地表净辐射数据、土壤热通量数据计算该目标区域的无云时刻蒸散发的步骤，包括：利用地表温度-植被指数三角空间方法计算无云时刻蒸发比；根据该无云时刻蒸发比、地表净辐射数据和土壤热通量数据计算无云时刻蒸散发。结合第一方面的第一种可能的实施方式，本专利技术实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，上述无云时刻蒸发比、无云时刻蒸散发的计算公式为：LE＝EF*(Rn-G)，式中，EF为无云时刻蒸发比，LE为无云时刻蒸散发，Δ为饱和水汽压曲线斜率；γ为干湿球常数；φ为考虑空气动力学阻抗作用的综合参数，φ参数的求解通过在三角空间方法中双线性插值得到；Rn为地表净辐射，G为土壤热通量。结合第一方面，本专利技术实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，该参考蒸散发的计算公式为：式中，ETr为参考蒸散发；Δ为饱和水汽压曲线斜率；γ为干湿球常数；Ta为空气温度；Cn白天取值0.24，夜晚取值0.96；es-ea为水汽压亏损；Cd值的日尺度为900，小时尺度为37；u2为2米高处风速。结合第一方面，本专利技术实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，上述根据该无云时刻蒸散发、无云时刻参考蒸散发和有云时刻参考蒸散发计算有云时刻蒸散发的步骤，包括：根据该无云时刻蒸散发和该无云时刻参考蒸散发计算无云时刻参考蒸发比；基于该参考蒸发比在一天内保持相对恒定的特征，根据该参考蒸发比和该有云时刻参考蒸散发计算有云时刻蒸散发。结合第一方面的第四种可能的实施方式，本专利技术实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，上述根据该无云时刻蒸散发和该无云时刻参考蒸散发计算无云时刻参考蒸发比的计算公式为：式中，EFr,s无云时刻参考蒸发比，LEs为无云时刻蒸散发，ETr,s为无云时刻参考蒸散发。结合第一方面的第四种可能的实施方式，本专利技术实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方式，其中，上述基于该参考蒸发比在一天内保持相对恒定的特征，根据该参考蒸发比和该有云时刻参考蒸散发计算有云时刻蒸散发的计算公式为：LEc＝EFr,c*ETr,c＝EFr,s*ETr,c，式中，LEc为有云时刻蒸散发，EFr,c为有云时刻参考蒸发比，ETr,c为有云时刻参考蒸散发。结合第一方面，本专利技术实施例提供了第一方面的第七种可能的实施方式，其中，上述根据该有云时刻蒸散发计算有云时刻地表感热通量的步骤，包括：根据该有云时刻蒸散发，利用地表能量平衡方程计算有云时刻地表的感热通量；该地表能量平衡方程的公式为：LEc+H＝Rn-G，式中，LEc为有云时刻蒸散发，H为感热通量，Rn为地表净辐射，G为土壤热通量。结合第一方面，本专利技术实施例提供了第一方面的第八种可能的实施方式，其中，上述根据该感热通量计算该目标区域有云时刻的地表温度的公式为：Ts＝H(ra+rex)/(ρcp)+Ta，式中，Ts地表温度，H为感热通量，ra为空气动力学阻抗，rex为考虑空气动力学温度与地表温度差异的剩余阻抗，ρ为空气密度，cp为定压比热，Ta为空气温度。第二方面，本专利技术实施例还提供了一种地表温度日内变化过程的遥感估算装置，包括：数据获取模块，用于获取目标区域在目标日期全天的气象数据，以及该目标日期全天中有云时刻和无云时刻的地表净辐射数据和土壤热通量数据、无云时刻的遥感反演地表温度数据和植被指数数据；该气象数据包括：空气温度数据、大气压强数据、相对湿度数据和风速数据；无云时刻的该地表净辐射数据和土壤热通量数据从遥感数据获得；数据预处理模块，用于根据上述地表净辐射数据、土壤热通量数据和气象数据计算该目标区域的无云时刻蒸散发、无云时刻参考蒸散发和有云时刻参考蒸散发；该无云时刻蒸散发和该无云时刻参考蒸散发分别为该目标区域在全天中卫星过境时刻为晴空的蒸散发和参考蒸散发，该有云时刻参考蒸散发为全天中除卫星过境时刻的其他有云时刻的参考蒸散发；有云时刻蒸散发计算模块，用于根据上述无云时刻蒸散发、无云时刻参考蒸散发和有云时刻参考蒸散发计算有云时刻蒸散发；该有云时刻蒸散发为全天中除卫星过境时刻的其他有云时刻的蒸散发；感热通量计算模块，用于根据该有云时刻蒸散发计算有云时刻的地表感热通量；地表温度计算模块，用于根据该感热通量计算该目标区域在目标日期全天中有云时刻的地表温度。本专利技术实施例带来了以下有益效果：本专利技术实施例提供的一种地表温度日内变化过程的遥感估算方法和装置，该方法通过利用地表能量平衡方程，在估算得到目标本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种地表温度日内变化过程的遥感估算方法，其特征在于，包括：获取目标区域在目标日期全天的气象数据，以及所述目标日期全天中有云时刻和无云时刻的地表净辐射数据和土壤热通量数据、无云时刻的遥感反演地表温度数据和植被指数数据；所述气象数据包括：空气温度数据、大气压强数据、相对湿度数据和风速数据；无云时刻的所述地表净辐射数据和所述土壤热通量数据从遥感数据获得；根据所述地表净辐射数据、所述土壤热通量数据、所述遥感反演地表温度数据、所述植被指数数据和所述气象数据计算所述目标区域的无云时刻蒸散发、无云时刻参考蒸散发和有云时刻参考蒸散发；所述无云时刻蒸散发和所述无云时刻参考蒸散发分别为所述目标区域在全天中卫星过境时刻为晴空的蒸散发和参考蒸散发，所述有云时刻参考蒸散发为全天中除卫星过境时刻的其他有云时刻的参考蒸散发；根据所述无云时刻蒸散发、所述无云时刻参考蒸散发和所述有云时刻参考蒸散发计算有云时刻蒸散发；所述有云时刻蒸散发为全天中除卫星过境时刻的其他有云时刻的蒸散发；根据所述有云时刻蒸散发计算有云时刻的地表感热通量；根据所述感热通量计算所述目标区域在所述目标日期全天中有云时刻的地表温度。

【技术特征摘要】
1.一种地表温度日内变化过程的遥感估算方法，其特征在于，包括：获取目标区域在目标日期全天的气象数据，以及所述目标日期全天中有云时刻和无云时刻的地表净辐射数据和土壤热通量数据、无云时刻的遥感反演地表温度数据和植被指数数据；所述气象数据包括：空气温度数据、大气压强数据、相对湿度数据和风速数据；无云时刻的所述地表净辐射数据和所述土壤热通量数据从遥感数据获得；根据所述地表净辐射数据、所述土壤热通量数据、所述遥感反演地表温度数据、所述植被指数数据和所述气象数据计算所述目标区域的无云时刻蒸散发、无云时刻参考蒸散发和有云时刻参考蒸散发；所述无云时刻蒸散发和所述无云时刻参考蒸散发分别为所述目标区域在全天中卫星过境时刻为晴空的蒸散发和参考蒸散发，所述有云时刻参考蒸散发为全天中除卫星过境时刻的其他有云时刻的参考蒸散发；根据所述无云时刻蒸散发、所述无云时刻参考蒸散发和所述有云时刻参考蒸散发计算有云时刻蒸散发；所述有云时刻蒸散发为全天中除卫星过境时刻的其他有云时刻的蒸散发；根据所述有云时刻蒸散发计算有云时刻的地表感热通量；根据所述感热通量计算所述目标区域在所述目标日期全天中有云时刻的地表温度。2.根据权利要求1所述的地表温度日内变化过程的遥感估算方法，其特征在于，所述根据所述地表净辐射数据、所述土壤热通量数据、所述遥感反演地表温度数据、所述植被指数数据计算所述目标区域的无云时刻蒸散发的步骤，包括：利用地表温度-植被指数三角空间方法计算无云时刻蒸发比；根据所述无云时刻蒸发比、所述地表净辐射数据和所述土壤热通量数据计算无云时刻蒸散发。3.根据权利要求2所述的地表温度日内变化过程的遥感估算方法，其特征在于，所述无云时刻蒸发比、所述无云时刻蒸散发的计算公式为：LE＝EF*(Rn-G)，式中，EF为无云时刻蒸发比，LE为无云时刻蒸散发，Δ为饱和水汽压曲线斜率；γ为干湿球常数；φ为考虑空气动力学阻抗作用的综合参数，φ参数的求解通过在三角空间方法中双线性插值得到；Rn为地表净辐射，G为土壤热通量。4.根据权利要求1所述的地表温度日内变化过程的遥感估算方法，其特征在于，所述参考蒸散发的计算公式为：式中，ETr为参考蒸散发；Δ为饱和水汽压曲线斜率；γ为干湿球常数；Ta为空气温度；Cn白天取值0.24，夜晚取值0.96；es-ea为水汽压亏损；Cd值的日尺度为900，小时尺度为37；u2为2米高处风速。5.根据权利要求1所述的地表温度日内变化过程的遥感估算方法，其特征在于，所述根据所述无云时刻蒸散发、所述无云时刻参考蒸散发和所述有云时刻参考蒸散发计算有云时刻蒸散发的步骤，包括：根据所述无云时刻蒸散发和所述无云时刻参考蒸散发计算无云时刻的参考蒸发比；基于所述参考蒸发比在一天内保持相对恒定的特征，根据所述参考蒸发比和所述有云时刻参考蒸散发计算有云时刻蒸散发。...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐荣林，姜亚珍，李召良，刘萌，王桐，邸苏闯，
申请(专利权)人：中国科学院地理科学与资源研究所，中国农业科学院农业资源与农业区划研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11