本文件描述了利用热红外遥感数据反演地表温度的分裂窗法原理与适用条件、反演流程和步骤以及不确定度分析。 本文件适用于在热红外大气窗口区内采用两个通道的地表温度反演。

ICS35.240.70
CCSA 77
中华人民共和国国家标准銀
GB/T43997.22024
地表温度热红外遥感反演
第2部分：分裂窗法
Surface temperature retrieval from thermal infrared remote sensing data-Part 2:Split-window method
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国家市场监督管理总局
国家标准化管理委员会
2024-11-01实施
ICS35.240.70
CCS A 77
中华人國民共和国国家标准國
GB/T43997.2—2024
地表温度热红外遥感反演
第2部分：分裂窗法
Surfacetemperature retrievalfrom thermal infraredremote sensing data-Part 2:Split-window method
2024-04-25发布
国家市场监督管理总局
国家标准化管理委员会
2024-11-01实施
1范围
2规范性引用文件
术语和定义
方法原理与适用条件
4.1方法原理
4.2适用条件
5反演流程和步骤
操作流程
反演步骤
6不确定度分析
附录A（规范性）分裂窗模型系数查找表构建方法A.1
模拟数据生成
反演条件分组
分裂窗模型系数确定
模型系数查找表构建
(规范性）不确定度评定方法
附录B
地表温度的标准合成不确定度评估反演模型分量引起的不确定度评估地表发射率分量引起的不确定度评估，B.4
入瞳亮温分量引起的不确定度评估.B.5大气柱总水汽含量分量引起的不确定度评估B.6大气气溶胶分量引起的不确定度评估参考文献
GB/T43997.2—2024
GB/T43997.2—2024
本文件按照GB/T1.1一2020&标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。
本文件是GB/T43997《地表温度热红外遥感反演》的第2部分。GB/T43997已经发布了以下部分：
第1部分：单通道法：
第2部分：分裂窗法。
请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。本文件由中国科学院提出。
本文件由全国遥感技术标准化技术委员会(SAC/TC327)归口。本文件起草单位：中国农业科学院农业资源与农业区划研究所、电子科技大学、昆明理工大学、苏州中科天启遥感科技有限公司、中国科学院水利部成都山地灾害与环境研究所、河北地质大学、桂林理工大学、中国科学院大学、中国科学院地理科学与资源研究所、北京师范大学、北京大学、中山大学、中国科学院空天信息创新研究院、大连海事大学、西南大学、国家卫星气象中心、中国资源卫星应用中心、中科星图股份有限公司。
本文件主要起草人：李召良、吴骅、唐伯惠、段四波、周成虎、冷佩、赵伟、刘向阳、尚国排、陈锟山、姜小光、唐荣林、阎广建、任华忠、郑小坡、马灵玲、邱实、高懋芳、覃志豪、赵恩宇、张霞、黄亮、付志涛、钱永刚、高彩霞、王宁、欧阳晓莹、刘照言、王新鸿、于文凭、刘萌、范锦龙、韩启金、蔡文文。Ⅲ
GB/T43997.2—2024
GB/T43997《地表温度热红外遥感反演》旨在给出利用航天或者航空热红外遥感数据进行地表温度反演的方法，规范流程和步骤，评定反演方法的不确定度。GB/T43997拟由四个部分构成。第1部分：单通道法。目的在于明确利用单个热红外通道进行地表温度遥感反演的流程、步骤以及不确定度，
第2部分：分裂窗法。目的在于明确利用两个热红外通道进行地表温度遥感反演的流程、步骤以及不确定度。
一一第3部分：TES分离法。目的在于明确利用三个及三个以上热红外通道进行地表温度和发射率协同反演的流程、步骤以及不确定度。一一第4部分：日夜法。目的在于明确利用日夜双时相多个热红外通道进行地表温度遥感反演的流程、步骤以及不确定度。
1范围
地表温度热红外遥感反演
第2部分：分裂窗法
GB/T43997.2—2024
本文件描述了利用热红外遥感数据反演地表温度的分裂窗法原理与适用条件、反演流程和步骤以及不确定度分析。
本文件适用于在热红外大气窗口区内采用两个通道的地表温度反演。2规范性引用文件
下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。
GB/T41534—2022地表温度遥感产品真实性检验GB/T41541—2022热红外遥感基本术语3术语和定义
GB/T41534一2022、GB/T41541一2022界定的以及下列术语和定义适用于本文件。3.1
地[球]表[面]温度
surfacetemperature
表征地「球1表[面厚度等于穿透深度（范围0.1～10倍波长）的表皮的综合温度、注：遥感数据反演得到的地表温度是在遥感器获取的亮度温度的基础上消除了大气和发射率影响后的地表非同温混合像元的等效温度(即方向辐射计温度)，包括陆地表面温度和海洋表面温度，单位为开尔文(K)。[来源：GB/T41534—2022,3.2]
分裂窗splitwindow
热红外大气窗口划分形成不少于两个大气子窗口。注：通常在热红外大气窗口的8μm14pm范围内划分两个大气子窗口，两个子窗口的波谱范围一般为10.5μm~11.5pm和11.5μm~125μm3.3
大气柱总水汽含量
totalcolumnwatervapor
地面到大气层顶垂直路径上单位截面积内所含气态水的总质量。注：单位为克每平方厘米(g/cml)。3.4
入瞳亮温at-sensorbrightnesstemperature在光谱设置相同条件下，与传感器入瞳光谱辐射亮度相同的黑体温度，注：单位为开尔文(O。
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4方法原理与适用条件
4.1方法原理
基于两个相邻热红外通道的大气吸收差异，通过通道i和i入瞳亮温的几何运算消除大气的影响，完成大气效应的校正，进而在地表发射率的辅助下实现地表温度的遥感反演。分裂窗法的数学模型按公式(1)表示：T.=d。+
式中：
2适用条件
Ae T, + T,
反演的地表温度，单位为开尔文(K);2++a
A T, -T,
分裂窗模型系数，与传感器响应函数、大气柱总水汽含量以及观测天项角有关；通道i和通道的地表发射率的算术平均值；通道i和通道的地表发射率的差值：通道i的入瞳亮温，单位为开尔文(K);通道的入瞳亮温，单位为开尔文(K)。采用分裂窗法反演地表温度，应满足以下条件：a)
待反演像元所对应的传感器瞬时视场角内无云：待反演像元沙尘气溶胶的光学厚度小于0.3：3μm～14um波长范围内至少有两个通道：传感器在8
两个通道对应的地表发射率已知；d)
大气柱总水汽含量已知。
反演流程和步骤
5.1操作流程
地表温度热红外遥感反演分裂窗法的操作流程见图1。5.2反演步骤
两通道
入瞳亮温
两通道
地表发射率
反演通道选择
分裂窗模型系数
查找表构建
输入数据提取
料略分组分裂窗
模型系数获取
地表温度初值估算
粗细分组分裂窗
模型系数获取
地表温度反演
地表温度
分组变化判断及结果输山
地表温度反演结果
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大气柱
总水汽含量
观测天顶角
图1地表温度热红外遥感反演分裂窗法流程图5.2.1反演通道选择
根据传感器热红外通道的个数以及通道位置，选择地表温度反演的两个最佳通道。如果传感器的热红外通道数量大于2、应选取大气吸收较小(即大气透过率较大)且发射率较大的通道进行地表温度反演，宜在10μm13um范围内的两个大气子窗口选择通道，例如，10.5μm11.5um和11.5μm~12.5μm
如果具备不确定度分析条件，应通过两两通道的遍历，根据地表温度反演的不确定度分析结果，选择地表温度合成标准不确定度最小对应的两个通道作为分裂窗法的反演通道。5.2.2分裂窗模型系数查找表构建针对选定的传感器热红外两通道位置，利用辐射传输模型生成不同地-气条件下模拟数据。根据地-气条件的差异，分别构建粗略分组以及精细分组分裂窗模型系数查找表。其中，粗略分组分裂窗模GB/T43997.2—2024
型系数查找表为特定观测天顶角条件下地表发射率和大气柱总水汽含量的二级分组查找表；精细分组分裂窗模型系数查找表为特定观测天顶角条件下地表发射率、大气柱总水汽含量和地表温度的三级分组查找表。
分裂窗模型系数查找表按照附录A构建。5.2.3输入数据提取
对于选定像元，依次提取分裂窗法所需的输入数据，具体包括：两通道入瞳亮温[单位为开尔文(K)]、两通道地表发射率(无量纲)、大气柱总水汽含量[单位为克每平方厘米(g/cm2)】以及观测天顶角数据[单位为度（°)]。
注：对于航空遥感，提取地面到传感器高度之间的单位截面积内所含气态水的总质量作为所需的大气柱总水汽含量。
5.2.4粗略分组分裂窗模型系数获取根据选定像元的地表发射率和大气柱总水汽含量，确定选定像元地表温度反演条件的粗略分组，从5.2.2构建的分裂窗模型系数查找表中，获取不同观测天顶角对应的粗略分组分裂窗模型系数。按照像元观测天项角的正割值，对粗略分组分裂窗模型系数进行线性插值，获取选定像元观测天顶角对应的粗略分组分裂窗模型系数。5.2.5地表温度初值估算
根据5.2.3提取的两通道入睡亮温数据和地表发射率数据，结合5.2.4确定的选定像元对应的粗略分组分裂窗模型系数，按照公式（1)给出的分裂窗法数学模型，计算选定像元的地表温度初值。5.2.6精细分组分裂窗模型系数获取根据选定像元的地表发射率、大气柱总水汽含量以及估算的地表温度，确定选定像元地表温度反演条件的精细分组，从5.2.2构建的分裂窗模型系数查找表中，获取不同观测天项角对应的精细分组分裂窗模型系数。
按照像元观测天项角的正割值，对精细分组分裂窗模型系数进行线性插值，获取选定像元观测天项角对应的精细分组分裂窗模型系数。5.2.7地表温度反演
根据5.2.3提取的两通道入瞳亮温数据和地表发射率数据，结合5.2.6确定的选定像元对应的精细分组分裂窗模型系数，按照公式（1)给出的分裂窗法数学模型，计算选定像元的地表温度。5.2.8地表温度分组变化判断及结果输出根据5.2.7计算的地表温度重新判断分裂窗模型系数所属的三级精细分组组别是否发生变化，决定是否输出地表温度反演结果。如果反演的地表温度所属的三级精细分组与前一次反演的地表温度所属的三级精细分组组别不同，则更新地表温度初值，并返回5.2.6继续提取新分组条件下的分裂窗模型系数；反之，则停止反演，输出5.2.7的计算结果作为最终地表温度反演结果
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