本文件描述了利用热红外遥感数据反演地表温度的单通道法原理与适用条件、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一个通道数据的地表温度反演。

ICS35.240.70
CCS A 77
中华人民共和国国家标准銀
GB/T43997.1—2024
地表温度热红外遥感反演
第1部分：单通道法
Surface temperature retrieval from thermal infrared remote sensing data-Part 1:Single channel method2024-04-25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
3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）通道辐亮度与温度的关系A.1
通道辐亮度与温度的转换方法
通道辐亮度对温度一阶偏导的计算方法附录B（规范性）多项式法系数确定方法附录C
(规范性）不确定度评定方法，
地表温度的标准合成不确定度评估...次
反演模型分量自身引起的地表温度不确定度评估大气参数分量引起的地表温度不确定度评估地表发射率分量引起的地表温度不确定度评估入瞳辐亮度分量引起的地表温度不确定度评估大气气溶胶分量引起的地表温度不确定度评估参考文献
GB/T43997.1—2024
GB/T43997.1—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1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、中国科学院地理科学与资源研究所、中国科学院大学、北京师范大学、北京大学、中国科学院空天信息创新研究院、大连海事大学、西南大学、山西大学、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、段四波、吴骅、唐伯惠、周成虎、冷佩、赵伟、尚国排、陈锟山、唐荣林、姜小光、阎广建、任华忠、刘向阳、马灵玲、钱永刚、邱实、高懋芳、张霞、覃志豪、赵恩宇、于文凭、高彩霞、黄成、张羽、刘照言、王新鸿、刘、欧阳晓莹、范锦龙、韩启金、蔡文文。Ⅲ
GB/T43997.1—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。
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。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1部分：单通道法
GB/T 43997.1—2024
本文件描述了利用热红外遥感数据反演地表温度的单通道法原理与适用条件、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一个通道数据的地表温度反演，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/T415342022
地表温度遥感产品真实性检验
GB/T41538—2022
GB/T41541—2022
3术语和定义
地表发射率遥感产品真实性检验热红外遥感基本术语
GB/T415342022、GB/T41538—2022、GB/T41541—2022界定的以及下列术语和定义适用于本文件。
地[球]表[面]温度surfacetemperature表征地[球]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传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/T415342022,3.2]
[光谱】发射率[spectral]emissivity[光谱］比辐射率
热辐射体的自身[光谱]辐[射]亮度与同温度同波长下的黑体的光谱辐[射]亮度之比[来源：GB/T41538—2022,3.1]
入瞳[光谱]辐[射]亮度
at-sensor[spectral]radiance
星上[光谱］辐［射]亮度satellite[spectral]radiance
在给定方向上，表面离地[光谱]辐[射]亮度经大气作用后被卫星传感器接收到的光谱辐[射]亮度。[来源：GB/T41541—2022,3.26]1
GB/T43997.1—2024
普朗克定律Planck'slaw
普朗克函数Planck's
function
黑体辐射定律blackbody
radiationlaw
描述给定温度下处于热平衡状态的黑体的光谱辐[射亮度随波长或波数变化的函数关系的定律注：随波长变化的普朗克定律表达式见公式(1)。B(T)
式中：
B2 (T)
2hg*×10%
elir * (ef + t+ gar)
黑体的光谱辐[射]亮度，单位为瓦每平方米球面度微米一普朗克常数，取值为6.62607015×10-34.单位为焦秒[W/(m-srum)]; h
(J-s);
光速，取值为2.99792458×10，单位为米每秒(m/s)：波长，单位为微米(μm)
玻尔兹曼常数，取值为1.380649×10-23，单位为焦每开尔文(I/K)：黑体温度，单位为开尔文(K)。
随波数变化的普朗克定律表达式见公式(2)，B.(T)=2hc\μ\X10\
式中：
黑体的光谱辐[射]亮度，单位为瓦每平方米球面度负一次方厘米[W(m-srcm-\)普朗克常数，取值为6.62607015×10-34,单位为焦秒(J-s);光速，取值为2.99792458×10°，单位为米每秒(m/s);波数，单位为每厘米(cm):
玻尔兹曼常数，取值为1.380649×10-23,单位为焦每开尔文(J/K);黑体温度，单位为开尔文(K)。
[来源：GB/T
41541—2022,3.10)
大气柱总水汽含量
ttotalcolumnwatervapor
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/cm)。3.6
近地面空气温度
surface air temperature
距地表下垫面高度介于1.5m2m处的空气温度，4方法原理与适用条件
4.1方法原理
.... ()
基于热红外辐射传输模型，单通道法通过获取的大气参数来消除大气效应的影响，进而实现地表温度的遥感反演。单通道法的数学模型按公式（3)表示：T,(8-g)=B,
式中：bzxZ.net
T,(O,p)
(1, (0.p)[1e, (0.g)]-.-t, (9)1.a- (0)6,(0.g)t,(0)
观测天顶角θ和观测方位角中上的地表温度，单位为开尔文(K);观测天顶角，单位为度(°）；
观测方位角，单位为度(°）；
一一通道i的普朗克定律的逆函数，计算方法按附录A的A.1执行：L;(0,p)
e,(0,p)
GB/T43997.12024
观测天顶角θ和观测方位角中上通道i的入瞳辐亮度，单位为瓦每平方米球面度微米[W/(m?-sr-um)]
或瓦每平方米球面度负一次方厘米[W/(m2-sr-cm-1)]:观测天顶角0和观测方位角中上通道i的地表发射率；通道i的大气下行辐射，单位为瓦每平方米球面度微米[W/(m-sr-um)]平方米球面度负一次方厘米[W/(m2-sr-cm-)];观测天顶角0上通道的大气透过率；或瓦每
观测天顶角0上通道i的大气上行辐射，单位为瓦每平方米球面度微米[W/(m2.sr-um)】或瓦每平方米球面度负一次方厘米[W/(m2-sr-cm-)]。注：L(O.gFB:[T (p)。
其中，B,为通道的普朗克定律；T(O.p)为观测天顶角0和观测方位角中上通道i的入瞳亮温，单位为开尔文(K)。4.2适用条件
采用单通道法反演地表温度，应满足以下条件：待反演像元所对应的传感器瞬时视场角内无云；a
待反演像元沙尘气溶胶的光学厚度小于0.3；传感器在8um14um波长范围内至少有一个通道：c)
待反演像元的通道地表发射率已知：d)
传感器观测时刻前后1h内的大气温湿廊线已知，或大气柱总水汽含量和近地面空气温度已e
知，或大气柱总水汽含量已知。5反演流程和步骤
5.1操作流程
地表温度热红外遥感反演单通道法的操作流程见图1，反演通道选择
大气参数
估算方法选择
大气参数
逐像元估算
地表发射率
地表温度反演
地表温度
图1地表温度热红外遥感反演单通道法流程图像元观测
天项角
入醛辐亮度
43997.1—2024
5.2反演步骤
反演通道选择
如果传感器的热红外通道数量大于1，应选取大气吸收最小(即大气透过率最大)且地表发射率较大的通道进行地表温度反演。
5.2.2大气参数估算方法选择
根据大气信息获取的情况，选择合适的大气参数估算方法当与传感器观测时刻同步（时间相差前后1h内）的大气温湿廓线已知时，应优先采用辐射传a
输模拟法。通过将同步大气温湿廓线、传感器光谱响应函数、观测角度输入到大气辐射传输模型中，计算得到大气透过率t，（θ）、大气上行辐射L。(o）和大气下行辐射Ldi。b)
当未知同步大气温湿廊线，但已知大气柱总水汽含量和近地面空气温度时，应采用二元二次多项式法[见公式(4)～公式(6)]进行估算。()
式中：
amm. ; (o)
bmm;(o)
(@)T\W
观测天顶角上通道的大气透过率；观测天顶角，单位为度(°）；
大气透过率与大气柱总水汽含量和近地面空气温度之间的二元二次多项式拟合系数，是观测天顶角0和通道i的函数：近地面空气温度，单位为开尔文(K)大气柱总水汽含量，单位为克每平方厘米(g/cm2):观测天顶角0上通道i的大气上行辐射，单位为瓦每平方米球面度微米[W/(m--sr-um)
或瓦每平方米球面度负一次方厘米[W/(m2sr-cm-\)];大气上行辐射与大气柱总水汽含量和近地面空气温度之间的二元二次多项式拟合系数，是观测天顶角0和通道的函数；通道i的大气下行辐射，单位为瓦每平方米球面度微米[W/(m2-srum))每平方米球面度负一次方厘米[W/(m2-sr-cm-\)];或瓦
大气下行辐射与大气柱总水汽含量和近地面空气温度之间的二元二次多项式拟合系数，是通道：的函数。
当未知同步大气温湿廊线，且仅已知大气柱总水汽含量时，采用一元二次多项式法[见公式(7)～公式(9)进行估算。
t:;(0)=α2;(0)W2+a1 ;(0)W+ao;(0)Lu;(0)=β2;(0) W2+β(0)W+βo:(0)La=Y2;W2+y1W+Yo;
式中：
az;(0)
观测天顶角θ上通道i的大气透过率；观测天顶角，单位为度(°）：
大气透过率与大气柱总水汽含量的一元二次多项式的二次项拟合系数，是观测天
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