一种角度一致的全球MODIS地表温度产品研制方法技术

本发明专利技术提供了一种角度一致的全球MODIS地表温度产品研制方法，包括：根据获取到的初始全球尺度MODIS遥感影像数据和初始再分析数据构建MODIS遥感数据与ERA5

【技术实现步骤摘要】
一种角度一致的全球MODIS地表温度产品研制方法


[0001]本专利技术涉及遥感地表温度估算
，特别是涉及一种角度一致的全球MODIS地表温度产品研制方法。

技术介绍

[0002]地表温度(Land Surface Temperature，LST)是地表能量平衡的重要物理量，也是区域和全球尺度上地表和大气之间热量和水量交换的良好指标，广泛应用于气候变化监测、地表蒸散发估算、城市热环境研究等诸多研究领域。
[0003]由于卫星观测像元中地表非均一、非等温混合像元的普遍存在以及植被冠层三维结构在不同观测几何结构下对光照/阴影组分地表温度的影响，大幅宽卫星获取的地表温度通常具有较强的角度效应，因此，目前仍未有全球尺度角度一致的地表温度遥感产品。在实际应用中，热辐射方向性模型是地表温度角度归一化最常用的方法，但是其中的模型存在计算效率低、输入参数多且难以获取、适用范围小等问题，无法实际应用到获取全球尺度角度一致的地表温度产品中。
[0004]因此，发展一套全球尺度角度一致的地表温度算法模型，获取全球尺度垂向地表温度遥感产品，对提升地表温度产品在气候变化、资源环境监测、地表能量平衡等实际应用上具有重要意义。

技术实现思路

[0005]为了克服现有技术的不足，本专利技术的目的是提供一种角度一致的全球MODIS地表温度产品研制方法。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0007]一种角度一致的全球MODIS地表温度产品研制方法，包括：
[0008]根据获取到的初始全球尺度MODIS遥感影像数据和初始再分析数据构建MODIS遥感数据与ERA5
‑
Land再分析数据的数据库；
[0009]利用MODIS观测天顶角信息提取出所述MODIS遥感数据与ERA5
‑
Land再分析数据的数据库中MODIS天顶观测方向的遥感数据和再分析数据，并根据所述MODIS天顶观测方向的遥感数据和再分析数据构建训练数据集；
[0010]基于所述训练数据集，利用随机森林机器学习算法建立全球尺度垂向地表温度估算模型；
[0011]基于所述全球尺度垂向地表温度估算模型，利用MODIS非垂向观测时刻遥感数据及ERA5
‑
Land再分析数据估算对应的MODIS垂向地表温度数据。
[0012]优选地，所述根据获取到的初始全球尺度MODIS遥感数据和初始再分析数据构建MODIS遥感数据与ERA5
‑
Land再分析数据的数据库，包括：
[0013]获取所述初始全球尺度MODIS遥感数据和初始ERA5
‑
Land再分析数据；
[0014]对所述初始全球尺度遥感数据和初始再分析数据进行时空匹配和预处理，得到预
处理数据；
[0015]根据所述预处理数据构建所述MODIS遥感数据与ERA5
‑
Land再分析数据的数据库。
[0016]优选地，所述初始全球尺度遥感数据来源于MODIS/Terra+Aqua卫星，所述初始全球尺度遥感数据包括MOD11A1/MYD11A1地表温度数据、MCD15A3H叶面积指数数据、MCD43A4反射率数据、MOD44B植被覆盖数据；所述初始再分析数据来源于ERA5
‑
Land逐小时数据集，所述初始再分析数据包括气温、辐射、土壤湿度数据。
[0017]优选地，所述时空匹配的步骤包括：
[0018]在像元尺度上，根据MODIS观测时间从初始再分析数据中提取出对应所述MODIS观测时间的再分析数据；
[0019]将提取的再分析数据从原始9km分辨率重采样至与MODIS地表温度相同的1km分辨率。
[0020]优选地，所述预处理包括MODIS地表温度数据的质量控制以及初始全球尺度遥感影像数据与初始再分析数据之间的质量控制。
[0021]优选地，所述训练数据集包括垂向反射率数据、叶面积指数数据、植被覆盖数据、辐射/气温/土壤湿度再分析数据和垂向地表温度数据。
[0022]优选地，所述训练数据集的构建方法包括：
[0023]将垂向反射率数据、叶面积指数数据、植被覆盖数据、辐射/气温/土壤湿度再分析数据和垂向地表温度数据通过随机抽样法拆分为训练集和验证集；所述训练集和所述验证集的数据量之比为8:2。
[0024]优选地，所述全球尺度垂向地表温度估算模型为卫星天顶观测方向遥感地表温度数据与植被及再分析数据的函数关系f：
[0025]T
Nadir
＝f(TA
Nadir
,SM
Nadir
,LAI
Nadir
,NDVI
Nadir
,SSRD
Nadir
,....)
[0026]其中，下标Nadir代表MODIS垂向观测时刻，T表示MODIS垂向观测时刻遥感影像地表温度，TA为空气温度，SM为土壤水分，LAI为叶面积指数，NDVI为归一化植被指数，SSRD为太阳下行短波辐射。
[0027]优选地，所述基于所述全球尺度垂向地表温度估算模型，利用MODIS非垂向观测时刻遥感数据及ERA5
‑
Land再分析数据估算对应的MODIS垂向地表温度数据的公式：
[0028]To
ffNadir
＝f(TAo
ff
,SMo
ff
,LAIo
ff
,NDVIo
ffNadir
,SSRDo
ff
,....)；
[0029]其中，下标off代表MODIS非垂向观测时刻，上标Nadir表示垂向遥感数据，T表示估算的MODIS非垂向观测时刻的垂向地表温度，TA为空气温度，SM为土壤水分，LAI为叶面积指数，NDVI为归一化植被指数，SSRD为太阳下行短波辐射，f为所述全球尺度垂向地表温度估算模型。
[0030]根据本专利技术提供的具体实施例，本专利技术公开了以下技术效果：
[0031]本专利技术提供了一种角度一致的全球MODIS地表温度产品研制方法，包括：根据获取到的初始全球尺度MODIS遥感数据和初始再分析数据构建MODIS遥感数据与ERA5
‑
Land再分析数据的数据库；利用MODIS观测天顶角信息提取出所述MODIS遥感产品与ERA5
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Land再分析数据的数据库中MODIS天顶观测方向的遥感数据和再分析数据，并根据所述MODIS天顶观测方向的遥感数据和再分析数据构建训练数据集；基于所述训练数据集，利用随机森林机器学习算法建立全球尺度垂向地表温度估算模型；基于所述全球尺度垂向地表温度估算模
型，利用MODIS非垂向观测时刻遥感数据及ERA5
‑
Land再分析数据估算对应的MODIS垂向地表温度数据。本专利技术解决了目前卫星获取的地表温度产品具有明显的角度效应，没有角度本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种角度一致的全球MODIS地表温度产品研制方法，其特征在于，包括：根据获取到的初始全球尺度MODIS遥感数据和初始再分析数据构建MODIS遥感数据与ERA5
‑
Land再分析数据的数据库；利用MODIS观测天顶角信息提取出所述MODIS遥感数据与ERA5
‑
Land再分析数据的数据库中MODIS天顶观测方向的遥感数据和再分析数据，并根据所述MODIS天顶观测方向的遥感数据和再分析数据构建训练数据集；基于所述训练数据集，利用随机森林机器学习算法建立全球尺度垂向地表温度估算模型；基于所述全球尺度垂向地表温度估算模型，利用MODIS非垂向观测时刻遥感数据及ERA5
‑
Land再分析数据估算对应的MODIS垂向地表温度数据。2.根据权利要求1所述的角度一致的全球MODIS地表温度产品研制方法，其特征在于，所述根据获取到的初始全球尺度MODIS遥感影像数据和初始再分析数据构建MODIS遥感数据与ERA5
‑
Land再分析数据的数据库，包括：获取所述初始全球尺度遥感影像数据和初始再分析数据；对所述初始全球尺度遥感影像数据和初始再分析数据进行时空匹配和预处理，得到预处理数据；根据所述预处理数据构建所述MODIS遥感数据与ERA5
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Land再分析数据的数据库。3.根据权利要求2中任一项所述的角度一致的全球MODIS地表温度产品研制方法，其特征在于，所述初始全球尺度遥感影像数据来源于MODIS/Terra+Aqua卫星，所述初始全球尺度遥感影像数据包括MOD11A1/MYD11A1地表温度数据、MCD15A3H叶面积指数数据、MCD43A4反射率数据、MOD44B植被覆盖数据；所述初始再分析数据来源于ERA5
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Land的逐小时数据集，所述初始再分析数据包括气温、辐射、土壤湿度数据。4.根据权利要求2中所述的角度一致的全球MODIS地表温度产品研制方法，其特征在于，所述时空匹配的步骤包括：在像元尺度上，根据MODIS观测时间从初始再分析数据中提取出对应所述MODIS观测时间的再分析数据；将提取的再分析数据从原始9km分辨率重采样至与MODIS地表温度相同的1km分辨率。5.根据权利要求2中所述的角度一致的全球MODIS地表温度产品研制方法，其特征在于，所述预处理包括MODIS地表温度数据的质量控制以及...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐荣林，王君蕊，姜亚珍，刘萌，李召良，
申请(专利权)人：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：