ENVI软件的地表温度（LST）反演教程

前言

遥感图像处理平台（The Environment for Visualizing Images）的软件处理技术覆盖图像数据的输入/输出、图像定标、图像增强、纠正、正射校正、镶嵌、数据融合以及各种变换、信息提取、图像分类、基于知识的决策树分类、与GIS的整合、DEM及地形信息提取、雷达数据处理、三维立体显示分析。

【原理】

温度反演原理：一切温度高于绝对零度的物体都能产生热辐射，温度愈高，辐射出的总能量就愈大。

单窗算法：中国农业科学院农业资源与农业区划研究所 覃至豪发明。原理不做过甚探究，重点是方法为我所用。

【数据来源】

地理空间数据云 http://www.gscloud.cn/

NASA官网 https://www.nasa.gov/

Landsat网站 https://www.usgs.gov/core-science-systems/nli/landsat

01

数据预处理

1.1 数据获取

      地理空间数据云选取了2017年7月10日landsat8的影像，成像效果理想，轨道号为123/33，研究区内图像质量良好，影像中无云雾遮挡，地物类型清晰， Landsat8多光谱波段的空间分辨率为30m。

1.2 辐射亮度温度

1.2.1 热红外波段辐射定标与亮度
        首先导入图像，进行辐射定标，波段选取热红外Thermal。

1.2.2 辐射亮度温度计算

       需要用到这个公式，Ti是辐射亮度温度（辐射亮温），Lλ是上面获取的辐射亮度（就是值大概在5-11之间的那幅图）。

K1=774.89，K2=1321.08。
然后就可以开始我们的波段运算了。

右键赋予颜色分级，根据温度区间调整至简明美观。（所有计算图都可颜色分级，不分级不影响后续运算）

1.3 地表比辐射率

       获取植被覆盖度图片。具体的流程是先对三幅多光谱的遥感图像分别做辐射定标，然后进行拼图，再计算ndvi，进而利用ndvi计算植被覆盖度。

1.3.1 多光谱辐射定标

       Radio辐射分析选的是MultiSpectral的，然后点击确定。output interleave换成BIL，然后apply flaash settings把scale factor换成0.10，在output filename设置输出图层名。

1.3.2 NDVI计算

       多光谱辐射定标得到的图进行NDVI处理。

       为了确保ndvi数值准确（在-1到1之间）进入统计-空间统计验证。记录累计百分比在5%和95%的ndvi数值-0.325490和0.584314。

1.3.3 植被覆盖度计算

方法一：NDVI数值计算

       *(b1 lt NDVI MIN)0+(b1 gt NDVI MAX)1+(b1 ge NDVI MIN and b1 le NDVI MAX)((b1-NDVI MIN)/ (NDVI MAX-NDVI MIN))把上一步ndvi获取的两个数值（- 0.325490和0.584314 ）分别替换NDVI MIN和NDVI MAX。

方法二：波段计算

       利用（近红外波段-红波段）/(近红外波段+红波段)的公式，在envi中使用transform下的NDVI公式时需要时组合波段（即多个波段组合一起的文件，如果各个波段分开的则无法使用） NDVI=(float(b4)-float(b3))/(float(b4)+float(b3))

1.3.4 地表比辐射率计算

       获取了植被覆盖度图，就可以计算地表比辐射率了。利用这个公式：0.004*b1+0.986

02

地表温度反演

2.1 中间参数计算

       C是由地表比辐射率和大气透射率相乘得来。C=b1*0.73

       大气透射率计算：在NASA官网atmcorr.gsfc.nasa.gov/中输入成影时间以及中心经纬度，则会提供大气透射率。

中间参数D同样是用波段计算

D=*(1-0.73)*(1+(1-b1)0.73)

2.2 地表温度LST反演

       通过查询历史天气作为近地面温度计算得大气平均作用温度。因为我主图是凌晨2：53拍摄的，所以接近当日的最低温，查询得当日最低温为25摄氏度，在这里把它变换成开氏温度为298.15。所以T0=298.15，

然后Ta=2973.63353。
最后要减去273.15转化为摄氏度

(-62.735657(1-b1-b2)+b3(0.434036*(1-b1-b2)+b1+b2)+b2Ta)/b1**
（当温度介于0-70°C 时，a=-62.735657，b=0.434036，这个是经验系数）

上式b1是C，b2是D，b3是辐射亮温

需计算Ta是大气平均作用温度，T0是近地面温度。

以上，就完成了天津市中心城区的地表温度反演。

温馨提示

       地表温度反演一般使用单窗算法、劈窗算法。本文演示的是“老实人式”按步操作法﹔如果同学们对此感兴趣﹐本公众号将在下次为大家带来其他更简易的方法哦。比如说：

>“阿姆斯特朗”法

       作为人类首个踏上月球的宇航员﹐阿姆斯特朗说过“我的一小步﹐是人类的一大步。”同样在地表反演法中﹐可以采用ENVI拓展工具简单快速的获取大气剖面系数以便计算。

>“偷得浮生半日闲”法

       北京大学遥感与地理信息研究所任华忠老师团队发了一个称为“LSTfromL8_PKU"的软件，可直接通过landsad不同图像代表波段以植被覆盖率法和地表分类法进行温度反演。

本文来源：韧性城市规划

最系统的ENVI含土地利用、植被指数、耕地监测、水质反演、温度反演、干旱监测专题