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如何使用 Landsat 8 衛(wèi)星影像計(jì)算地表溫度

發(fā)布時(shí)間:2021-12-05 23:34:06   瀏覽量:5099   作者:GIS二師兄

首先當(dāng)然是要下載Landsat 8衛(wèi)星影像。打開以下網(wǎng)址

https://eos.com/landviewer/或者h(yuǎn)ttps://earthexplorer.usgs.gov/注冊賬戶—>選擇感興趣區(qū)域——>選擇傳感器類型如下圖。

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選擇云量較少的景,保存到EOS storage,然后下載。
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下載后,你可以查看有許多波段TIF加上一個(gè)元數(shù)據(jù),元數(shù)據(jù)很重要,如下:

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      接下來我可以使用 Landsat 8 熱波段估算或計(jì)算地表溫度(LST)。它只需要通過光柵圖像計(jì)算器(ArcMap、ArcGIS Pro、QGIS都可以)應(yīng)用一組方程即可。主要利用熱波段10和波段4、5計(jì)算NVDI。這個(gè)例子僅僅計(jì)算沒有闡述公式的原理,有些公式有固定的修正值,如需知道原理,請知網(wǎng)搜索文章查看,主要有6個(gè)步驟。 

1. TOA大氣表觀反射率計(jì)算。

TOA (L) = ML * Qcal + ALML = 來自元數(shù)據(jù)(RADIANCE_MULT_BAND_ x,其中 x 是波段編號)圖片
Qcal = 對應(yīng)于波段10。
AL = 來自元數(shù)據(jù)的波段特定附加縮放因子(RADIANCE_ADD_BAND_ x,其中 x 是波段編號)
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數(shù)字代入,得出TOA = 0.0003342 * “波段 10” + 0.1使用 ArcMap 中的柵格計(jì)算器工具求解方程。(spatial analysis工具—>地圖代數(shù)—>柵格計(jì)算器圖片

2.TOA 到亮度溫度BT的轉(zhuǎn)換

BT = (K 2 / (ln (K 1 / L) + 1)) ? 273.15L = TOAK1 = 來自元數(shù)據(jù)的特定波段熱轉(zhuǎn)換常數(shù)(K1_CONSTANT_BAND_ x,其中 x 是熱波段編號)。K2 = 來自元數(shù)據(jù)的特定波段熱轉(zhuǎn)換常數(shù)(K2_CONSTANT_BAND_ x,其中 x 是熱波段編號)。圖片
要獲得以攝氏度為單位的結(jié)果,需要通過添加絕對零(約 -273.15°C)來調(diào)整輻射溫度。BT = (1321.0789 / Ln ((774.8853 / “TOA”) + 1)) – 273.15圖片

3.計(jì)算 NDVI

什么是 NDVI(歸一化差異植被指數(shù)),不同波段組合的應(yīng)用。NDVI =(波段 5 – 波段 4)/(波段 5 + 波段 4)NDVI 的計(jì)算很重要,因?yàn)殡S后必須計(jì)算與 NDVI高度相關(guān)的植被比例 (Pv ) 和與 Pv相關(guān)的發(fā)射率 (ε) 。NDVI = Float(Band 5 – Band 4) / Float(Band 5 + Band 4)圖片

4.計(jì)算植被比例 Pv

Pv = Square ((NDVI – NDVI min ) / (NDVI max – NDVI min ))注意:如果NDVImin為負(fù)數(shù),那么上面的減號-都改為+號。通常NDVI圖像的最小值和最大值可以直接顯示在圖像中(ArcGIS、QGIS、ENVI、Erdas),否則必須打開柵格的屬性才能得到這些值。有爭議的是植被比例 (Pv) 計(jì)算中應(yīng)當(dāng)使用土壤和植被 NDVI 值而不是最大和最小 NDVI 值。圖片
Pv = Square((“NDVI” – 0.216901) / (0.632267 – 0.216901))
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5.計(jì)算發(fā)射率 ε

ε = 0.004 * Pv + 0.986只需應(yīng)用光柵計(jì)算器中的公式,0.986 的值對應(yīng)于方程的修正值。圖片

6.計(jì)算地表溫度

LST = (BT / (1 + (0.00115 * BT / 1.4388) * Ln(ε)))最后應(yīng)用LST方程得到地表溫度圖。圖片
下面就是地表溫度圖,需要注意的是它不等于空氣溫度。

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