Improvements in the Split-Window Technique for Land Surface Temperature Determination[J]. Geoscience and Remote Sensing,IEEE Transactions on，1994,32 (2) :243-253 ;Li Z L, Jia L，Su Z, Wan, Z, et al. A New Approach for Retrieving Precipitable Water from ATSR2 Split-Window Channel Data over Land Area[J] · International Journal of Remote Sensing，2003, 24 (24) :5095-5117],計(jì)算組內(nèi)的水汽含量：
[0049] 其中，w是水汽含量，N表示組內(nèi)像元個(gè)數(shù)（去除噪聲像元后），a和b為水汽含量 模型的系數(shù)（見表1)，T1。為10波段的大氣透過率，τ η為11波段的大氣透過率，ε i。為 10波段的地表比輻射率，E11為11波段的地表比輻射率。針對(duì)Landsat8 TIRS數(shù)據(jù)，采用 公式（7)和（8)計(jì)算組內(nèi)的大氣水汽含量，需要確定系數(shù)a和b，變量￡l。和ε n。
[0050] 系數(shù)a和b可以通過大氣輻射傳輸模型模擬水汽含量與透過率比值的關(guān)系求解。 本發(fā)明基于TIGR數(shù)據(jù)庫和M0DTRAN4. 0模擬大氣水汽含量w與熱紅外波段大氣透過率比值 τ η/ τ i。之間的關(guān)系。以〇. 9為分界點(diǎn)將大氣透過率比值分成兩段，與水汽含量做線性擬 合，得到大氣透過率比值和大氣水汽含量的擬合表達(dá)式，見表1。
[0051] 表1 Landsat8熱紅外透過率比值和水汽含量的關(guān)系
[0052]
[0053]基于 NDVI 閾值法[Sobrino，J. A.，Jim6nez-Mufloz，J. C.，S0ria，G.，Romaguera， M. , Guanter, L. , Moreno, J. , ... and Martinez, P..2008. "Land surface emissivity retrieval from different VNIR and TIR sensors. ''IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing 46(2) :316-327. doi :10. 1109/TGRS. 2007. 904834. doi :10.1109/ TGRS. 2007. 904834.]，求解10和11波段的地表比輻射率：
[0056] 式中，ε表示地表比輻射率，NDVIs表示純裸地的NDVI值；NDVI v表示純植被的 NDVI值；Pv表示植被覆蓋度；ε s表示裸地的比輻射率，ε ν表示純植被的比輻射率。NDVIs 和NDVIv可以從NDVI直方圖中提取?；贛ODIS UCSB比輻射率庫和Landsat 8 TIRS波 譜響應(yīng)函數(shù)計(jì)算Landsat 8 TIRS數(shù)據(jù)10波段和11波段純植被和純裸地的比輻射率，見表 2〇
[0057] 表2 Landsat8 10和11波段純植被和純裸地的比輻射率值
[0059] 每組像元（去除噪聲像元）的NDVI平均值表示組內(nèi)NDVI值，用公式（10)計(jì)算組 內(nèi)的10和11波段地表比輻射率（ε i。和ε H)。
[0060] 5、基于加權(quán)求和法求解窗口內(nèi)水汽含量
[0061] 通過上面一步，可以計(jì)算得到每一組的水汽含量和相關(guān)系數(shù)。r2小于0. 97的組不 參與加權(quán)求和。窗口內(nèi)水汽含量計(jì)算公式：
[0063] 其中，w表示整個(gè)窗口的水汽含量，η表示組數(shù)，W1表示第i組的水汽含量,N1表示 第i組的像元個(gè)數(shù)（去除噪聲像元）。
[0064] 移動(dòng)窗口遍歷整景影像即可完成全影像的水汽含量反演。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種Landsat8熱紅外數(shù)據(jù)水汽含量反演方法： 設(shè)定一個(gè)mXm大小的窗口，假定在這個(gè)窗口內(nèi)的大氣條件是一致的；設(shè)定分組組數(shù)為η;下面是基于Landsat8影像求解一個(gè)給定窗口內(nèi)的水汽含量的步驟： 第一步、計(jì)算10和11波段的亮度溫度（T1(：andTn)和歸一化植被指數(shù)（NDVI); 第二步、分組窗口內(nèi)的像元 2-1)根據(jù)影像上NDVI的最大值（NDVI_)和最小值（NDVI_)以及分組組數(shù)來計(jì)算分 組的NDVI間隔值（NDVId); 2- 2)基于NDVIk (第k個(gè)像元的NDVI)，燦乂1_和NDVID將窗口內(nèi)的像元分組； 第三步、基于SWCVR算法求解每一組的水汽含量 3- 1)分別計(jì)算組內(nèi)10和11波段亮度溫度的平均值 3-2)去除噪聲像兀； 3-3)計(jì)算組內(nèi)10和11波段亮度溫度的協(xié)方差與方差比（R1(M1，和Rn,1(])和相關(guān)系數(shù) (r2)，以及平均NDVI值（NDVIJ;其中，N表示組內(nèi)的像元個(gè)數(shù)（去除噪聲像元后），T1(],k表示第k個(gè)像元10波段的亮度 溫度，Tn,k表示第k個(gè)像元11波段的亮度溫度； 3-4)基于NDVI閾值法利用組內(nèi)的勵(lì)￥1"來計(jì)算其地表比輻射率，然后計(jì)算組內(nèi)10和 11波段地表比輻射率比；式中，NDVIS表示裸地的NDVI值；NDVIv表示純植被的NDVI值；Pv表示植被覆蓋度；εs 表示裸地的比輻射率，εν表示純植被的比輻射率； 3-5)計(jì)算組內(nèi)的透過率比值（τη/τ1(]);其中，τ1(:為10波段的大氣透過率，τη為11波段的大氣透過率，εi。為10波段的地 表比輻射率，εη為11波段的地表比輻射率； 3-6)計(jì)算組內(nèi)的大氣水汽含量；w； =a(Τη/τι〇)+b 其中，Wl是第i組水汽含量，a和b為水汽含量模型的系數(shù)； 第四步、基于加權(quán)求和法計(jì)算窗口的水汽含量 4-1)根據(jù)每組的r2去除無效組； 4-1)基于每組水汽含量和有效像元個(gè)數(shù)，利用加權(quán)求和法計(jì)算窗口的水汽含量；其中，w表示整個(gè)窗口的水汽含量，η表示組數(shù)，Wl表示第i組的水汽含量，Ni表示第i組的像元個(gè)數(shù)（去除噪聲像元后）； 移動(dòng)窗口遍歷整景影像即可完成全影像的水汽含量反演。
【專利摘要】大氣水汽含量是氣象研究和遙感應(yīng)用的一個(gè)重要參量。Landsat？8是最新發(fā)射的Landsat衛(wèi)星，攜帶了OLI和TIRS兩個(gè)傳感器。本發(fā)明提出一種大氣水汽含量反演方法，將歸一化差異植被指數(shù)(NDVI)引入到劈窗協(xié)方差-方差比值法(SWCVR)來改善較高空間分辨率熱紅外數(shù)據(jù)的水汽含量反演，方法包含三個(gè)步驟：第一步驟是基于NDVI值將窗口內(nèi)的像元分組。第二個(gè)步驟是基于SWCVR算法求解每組的水汽含量。第三個(gè)步驟是基于加權(quán)求和求解窗口的水汽含量，將窗口遍歷整個(gè)影像完成全影像的水汽含量反演。本發(fā)明提出的方法原理適用于其他熱紅外遙感數(shù)據(jù)。
【IPC分類】G01N21/00
【公開號(hào)】CN105300880
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510563510
【發(fā)明人】王猛猛, 何國金, 張兆明, 龍騰飛, 王桂周, 張曉美
【申請(qǐng)人】中國科學(xué)院遙感與數(shù)字地球研究所
【公開日】2016年2月3日
【申請(qǐng)日】2015年9月8日