一种逐小时无缝地表温度的生成方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及地表温度产品领域，尤其涉及一种逐小时无缝地表温度的生成方法及系统。本发明专利技术通过基于AHI热红外波段的辐亮度，采用温度发射率分离算法反演AHI地表温度；以反演的AHI地表温度为基准，对CLDAS地表温度进行偏差校正以消除其系统误差；采用多尺度卡尔曼滤波融合AHI地表温度和偏差校正之后的CLDAS地表温度生成无缝逐小时地表温度，并改善CLDAS地表温度的精度。本发明专利技术在生成逐小时无缝地表温度产品方面具有实用性与普适性。本发明专利技术的目的是提供一种保证时空连续，且可以保证高精度的逐小时无缝地表温度的生成方法及系统。小时无缝地表温度的生成方法及系统。小时无缝地表温度的生成方法及系统。

【技术实现步骤摘要】
一种逐小时无缝地表温度的生成方法及系统


[0001]本专利技术涉及地表温度产品领域，尤其涉及一种逐小时无缝地表温度的生成方法及系统。

技术介绍

[0002]地表温度是地球系统的一个重要参数，在地
‑
气相互作用和能量交换中起着重要的作用，在干旱监测、城市热岛、能量平衡等领域有着重要的应用。而逐小时的地表温度产品在冻融状态识别、夏季高温热浪监测等方面具有广阔的应用前景。
[0003]目前获取地表温度的途径主要有:地面站点实测，这种方法虽然准确但是空间不连续。遥感反演，遥感反演是目前获取大尺度地表温度的有效方法，但是受到云的影响较大，无法生成空间完整的地表温度。微波遥感虽然能穿透云雾，但是轨道间隙的存在也使其无法做到完全的空间完整。模式模拟，模式模拟的地表温度虽然时空连续，但是其空间分辨率低，且精度较差。因此，亟需一种保证时空连续，且可以保证高精度的逐小时无缝地表温度的生成方法及系统。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种逐小时无缝地表温度的生成方法及系统，以保证一种时空连续，且可以保证地表温度的高精度。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0006]一种逐小时无缝地表温度生成方法，所述方法包括：
[0007]通过温度发射率分离算法对AHI热红外波段的辐亮度进行反演获取AHI地表温度数据；
[0008]通过所述AHI地表温度数据对CLDAS地表温度数据进行偏差校正，获取校正后的CLDAS地表温度数据；所述CLDAS地表温度数据为CLDAS系统输出逐小时的地表温度；
[0009]使用多尺度卡尔曼滤波算法融合所述AHI地表温度数据和偏差校正后的CLDAS地表温度数据，生成逐小时无缝地表温度。
[0010]可选地，所述通过温度发射率分离算法对AHI热红外波段的辐亮度进行反演获取AHI地表温度数据之前，还包括：
[0011]根据大气水汽参数的每个像元的大气层顶亮温，计算每个像元的离地亮温；
[0012]根据天顶角计算每个像元的水汽缩放系数；
[0013]所述离地亮温和所述水汽缩放系数均为所述温度发射率分离算法中的参数。
[0014]可选地，所述根据大气水汽参数的每个像元的大气层顶亮温，计算每个像元的离地亮温，具体包括：
[0015]根据大气水汽参数的每个像元的大气层顶亮温，采用如下公式计算每个像元的离地亮温：
[0016][0017]a
i,k
＝p
i,k
+q
i,k
W+r
i,k
W2(k＝1,2,3...n)
[0018]其中，T
g，i
为第i个像元的离地亮温，a
i,0
和a
i,k
分别为第i个像元处的波段0和波段k对应的拟合参数，a
i,0
为常数，W为大气水汽参数，T
k
为大气层顶的波段k的亮温，T0为大气层顶的波段0的亮温，n为波段的数量，p
i,k
、q
i,k
和r
i,k
分别为第i个像元处的波段k对应的常数项拟合系数、一次项拟合系数和二次项拟合系数。
[0019]可选地，所述根据天顶角计算每个像元的水汽缩放系数，具体包括：
[0020]根据天顶角，采用如下公式计算每个像元的水汽缩放系数：
[0021][0022]其中，γ
i
是第i个像元的水汽缩放系数，i≥3，γ1是第1个像元的水汽缩放系数，γ2是第2个像元的水汽缩放系数，γ1和γ2均为常数，θ是天顶角，τ
i
(θ,γ1)是水汽缩放系数为γ1时的大气透过率，τ
i
(θ,γ2)是水汽缩放系数为γ2时的大气透过率，a
i
为第i个像元的模型参数数据，T
g，i
为第i个像元的离地亮温，B()为普朗克函数，I
i
↑
(θ,γ1)为水汽缩放系数为γ1时的大气上行辐射，I
TOA,i
为卫星观测到第i个像元的辐亮度。
[0023]可选地，所述通过所述AHI地表温度数据对CLDAS地表温度数据进行偏差校正，获取校正后的CLDAS地表温度数据，具体包括：
[0024]当CLDAS像元对应的区域晴天比例大于标准阈值时，则将所述反演的AHI地表温度数据聚合至所述CLDAS地表温度数据的尺度上，获取聚合后的AHI地表温度数据；
[0025]通过所述聚合后的AHI地表温度数据和所述CLDAS地表温度数据，构建AHI地表温度数据与所述CLDAS地表温度数据的关系模型；
[0026]通过所述关系模型对所述CLDAS地表温度数据进行偏差校正，获取偏差校正后的CLDAS地表温度数据。
[0027]可选地，所述关系模型为：
[0028][0029]其中，LST
AHI_aggrerated
为偏差校正后的CLDAS地表温度数据，LST
’
CLDAS
为CLDAS地表温度数据，a和b均为拟合系数。
[0030]为实现上述目的，本专利技术还提供了一种逐小时无缝地表温度生成系统，所述系统包括：
[0031]反演AHI地表温度模块，用于通过温度发射率分离算法对AHI热红外波段的辐亮度进行反演获取AHI地表温度数据；
[0032]CLDAS地表温度偏差校正模块，用于通过所述AHI地表温度数据对CLDAS地表温度数据进行偏差校正，获取校正后的CLDAS地表温度数据；
[0033]逐小时无缝地表温度生成模块，用于使用多尺度卡尔曼滤波算法融合所述AHI地表温度数据和所述偏差校正后CLDAS地表温度数据，生成逐小时无缝地表温度。
[0034]可选地，所述反演AHI地表温度模块，用于通过温度发射率分离算法对AHI热红外波段的辐亮度进行反演获取AHI地表温度数据之前，还包括：
[0035]离地亮温计算子模块，用于根据大气水汽参数的每个像元的大气层顶亮温，计算每个像元的离地亮温；
[0036]水汽缩放系数计算子模块，用于根据天顶角计算每个像元的水汽缩放系数；
[0037]所述离地亮温和所述水汽缩放系数均为所述温度发射率分离算法中的参数。
[0038]可选地，所述离地亮温计算子模块，用于根据大气水汽参数的每个像元的大气层顶亮温，计算每个像元的离地亮温，具体包括：
[0039]根据大气水汽参数的每个像元的大气层顶亮温，采用如下公式计算每个像元的离地亮温：
[0040][0041]a
i,k
＝p
i,k
+q
i,k
W+r
i,k
W2(k＝1,2,3...n)
[0042]其中，T
g，i
为第i个像元的离地亮温，a
i,0
和a
i,k
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种逐小时无缝地表温度生成方法，其特征在于，所述方法包括：通过温度发射率分离算法对AHI热红外波段的辐亮度进行反演获取AHI地表温度数据；通过所述AHI地表温度数据对CLDAS地表温度数据进行偏差校正，获取偏差校正后的CLDAS地表温度数据；所述CLDAS地表温度数据为CLDAS系统输出逐小时的地表温度；使用多尺度卡尔曼滤波算法融合所述AHI地表温度数据和偏差校正后的CLDAS地表温度数据，生成逐小时无缝地表温度。2.根据权利要求1所述的一种逐小时无缝地表温度生成方法，其特征在于，所述通过温度发射率分离算法对AHI热红外波段的辐亮度进行反演获取AHI地表温度数据之前，还包括；根据大气水汽参数的每个像元的大气层顶亮温，计算每个像元的离地亮温；根据天顶角计算每个像元的水汽缩放系数；所述离地亮温和所述水汽缩放系数均为所述温度发射率分离算法中的参数。3.根据权利要求2所述的一种逐小时无缝地表温度生成方法，其特征在于，所述根据大气水汽参数的每个像元的大气层顶亮温，计算每个像元的离地亮温，具体包括：根据大气水汽参数的每个像元的大气层顶亮温，采用如下公式计算每个像元的离地亮温：a
i,k
＝p
i,k
+q
i,k
W+r
i,k
W2(k＝1,2,3...n)其中，T
g，i
为第i个像元的离地亮温，a
i,0
和a
i,k
分别为第i个像元处的波段0和波段k对应的拟合参数，a
i,0
为常数，W为大气水汽参数，T
k
为大气层顶的波段k的亮温，T0为大气层顶的波段0的亮温，n为波段的数量；p
i,k
、q
i,k
和r
i,k
分别为第i个像元处的波段k对应的常数项拟合系数、一次项拟合系数和二次项拟合系数。4.根据权利要求2所述的一种逐小时无缝地表温度生成方法，其特征在于，所述根据天顶角计算每个像元的水汽缩放系数，具体包括：根据天顶角，采用如下公式计算每个像元的水汽缩放系数：
其中，γ
i
是第i个像元的水汽缩放系数，i≥3，γ1是第1个像元的水汽缩放系数，γ2是第2个像元的水汽缩放系数，γ1和γ2均为常数，θ是天顶角，τ
i
(θ,γ1)是水汽缩放系数为γ1时的大气透过率，τ
i
(θ,γ2)是水汽缩放系数为γ2时的大气透过率，a
i
为第i个像元的模型参数数据，T
g，i
为第i个像元的离地亮温，B()为普朗克函数，I
i
↑
(θ,γ1)为水汽缩放系数为γ1时的大气上行辐射，I
TOA,i
为卫星观测到第i个像元的辐亮度。5.根据权利要求1所述的一种逐小时无缝地表温度生成方法，其特征在于，所述通过所述AHI地表温度数据对CLDAS地表温度数据进行偏差校正，获取校正后的CLDAS地表温度数据，具体包括：当CLDAS像元对应的区域晴天比例大于标准阈值时，则将所述反演的AHI地表温度数据聚合至所述CLDAS地表温度数据的尺度上，获取聚合后的AHI地表温度数据；通过所述聚合后的AHI地表温度数据和所述CLDAS地表温度数据，构建AHI地表温度数据与所述CLDAS地表温度数据的关系模型；通过所述关系模型对所述CLDAS地表温度数据进行偏差校正，获...

【专利技术属性】
技术研发人员：程洁，董胜越，刘伟汉，
申请(专利权)人：北京师范大学，
类型：发明
国别省市：