地表溫度反演的單通道方法辯異

參考：https://zhuanlan.zhihu.com/p/92060204

利用遙感資料反演地表溫度（LST）的實體基礎是基于普朗克定律（Planck）量化所構成的熱輻射傳輸方程。根據衛星傳感器光譜分辨率設定，反演方法分為單波段算法、雙波段法（劈窗算法）和多波段算法。

graph TB

A[LST反演] -->B(單波段算法)

A --> C[雙波段算法也稱劈窗算法]

A --> D(多波段算法)

B --> E[輻射傳輸方程]

B --> F[單通道算法]

B --> G[單窗算法]

對于但波段算法中常用的輻射傳輸方程法、單通道算法、單窗算法，通過查閱資料他們的主要差別如下。

1、輻射傳輸方程的大氣校正法

基本原理是：首先估計大氣對地表熱輻射的影響, 然後把這部分大氣影響從衛星高度上傳感器所觀測到的熱輻射總量中減去, 進而得到地表熱輻射強度, 再把這一熱輻射強度轉化為相應的地表溫度。

• http://blog.sina.com.cn/s/blog_764b1e9d0102wa8s.html

2、單通道算法

單通道算法（Single-Channel Method, SC）是Jimenez-Munoz和Sobrino在對Planck函數在某個溫度值附近作一階Taylor級數展開而得出的一種普适性單通道算法，該算法可以針對任何一種熱紅外資料反演地表溫度。

• Jimenez-Munoz, JC & Sobrino, JA. A generalized single-channel method for retrieving land surface temperature from remote sensing data[J]. JOURNAL OF GEOPHYSICAL RESEARCH-ATMOSPHERES, 108(D22):4688

3、單窗算法

單窗算法(Mono-window Algorithm)是覃志豪等根據地表熱輻射傳導方程, 推導出的适用于從一個熱波段遙感資料中推演地表溫度的算法，是覃志豪等使用中值定理，根據熱輻射傳輸方程對Planck函數進行線性化一階Taylor級數展開，通過簡化大氣向上輻射亮度和大氣向下輻射亮度的計算模型。

• 覃志豪, 李文娟, 徐斌, 等. 利用Landsat TM6反演地表溫度所需地表輻射率參數的估計方法[J]. 海洋科學進展, 22(z1):129-137.

目前在傳感器隻有單個熱波段條件下，一般使用直接利用輻射傳輸方程的大氣校正法，利用輻射傳輸方程的近似的單通道(single channel)和單窗(single window)算法，其中單通道算法所作的簡化最多，最遠離其輻射傳輸的實體機理，同時需要的參數也更少(隻需要大氣水汽含量和發射率)，而單窗算法需要大氣透射率、大氣平均溫度和發射率、地表比輻射率，大氣校正法需要大氣透射率、上下行大氣輻射和發射率地表比輻射率。使用統計方法一般是用在熱圖像的降尺度上（如在粗尺度上得到NDVI值與溫度或熱輻射的關系）再将此關系用在細尺度上得到溫度或熱輻射。

LST反演是十分複雜的問題，其中比較重要的有以下方面：

• 溫度與比輻射率的分離
• 熱紅外遙感的大氣影響複雜
• 地物本身熱過程的複雜
• 混合像元與鄰近效應