【RS学习笔记】基于Landsat 8劈窗算法地表温度反演

本文运用Offer Rozenstein(SW-R) 劈窗算法，以2014年Landsat 8 128/39为例进行反演。
1参数
1.1辐射亮度值
在ENVI中加载数据，【Radiometric Correction】/【Radiometric Calibration】，输入 Thermal的10和11两个波段（图1），辐射定标类型选择Radiance，其他参数设置默认；

1.2亮温
参考李军等[1]对于亮温的计算（图2），从遥感影像头文件（LC81280392014218LGN00_MTL.txt）中获取K1和K2的值，其中自然对数ln的表达式为alog（x），在【Band Math】中输入“1321.08/alog(774.89/b1+1)”得到Band10亮温，在Band Math中输入“1201.14/alog(480.89/b1+1)”得到Band11亮温，b1即为辐射亮度值；

1.3大气透过率
参考李军[1]关于大气透过率与大气水汽含量之间的关系（图3），由NASA官网查询大气含水量（网址：atmcorr.gsfc.nasa.gov/，申请一个163邮箱，参数直接发到邮箱里）并计算得到128 39影像大气含水量为5.12，Band10大气透过率为0.44，Band11大气透过率为0.30；

1.4地表比辐射率
参考李军等[1]对于地表比辐射率的计算，首先通过【NDVI】工具计算出NDVI，红和近红波段分别选择Band4、5（图4），通过【Compute Statistics】得到5%和95%的NDVI值分别为-0.01057066 和0.409534033（图5）；结合参考李瑶[2]论文文献（图），得到Pv计算公式为“(b11.00 gt 0.409534033)1.00+(b11.00 lt -0.01057066)0.0+(b11.00 ge -0.01057066 and b11.00 le 0.409534033)((b11.00 + 0.01057066)/( 0.409534033 +0.01057066))* ((b1*1.00 + 0.01057066)/( 0.409534033 +0.01057066))”，其中b1为NDVI；

结合论文文献，整理得出12839地表比辐射率公式，其中b1为Pv，b2为ⅆε；
Band10地表比辐射率：(b1 le -0.01057066)0.997+(b1 ge 0.409534033)(b1*(0.9332+0.0585b1)0.987+(1-b1)(0.9902+0.1068b1)0.968+b2)+(b1 gt -0.01057066 and b1 lt 0.409534033)(b1*(0.9332+0.0585b1)0.987+(1-b1)(0.9886+0.1287b1)*0.965+b2)

Band11地表比辐射率：(b1 le -0.01057066)0.993+(b1 ge 0.409534033)(b1*(0.9332+0.0585b1)0.990+(1-b1)(0.9902+0.1068b1)0.978+b2)+(b1 gt -0.01057066 and b1 lt 0.409534033)(b1*(0.9332+0.0585b1)0.990+(1-b1)(0.9886+0.1287b1)*0.975+b2)

2算法——Offer Rozenstein 劈窗算法(SW-R)
参考李军文献通过公式计算得到SW-R结果，其中b1、b2 、b3、b4分别为Band10亮温、Band11亮温、Band10地表比辐射率、Band11地表比辐射率，在【band math】中输入：
E0:( 1-b40.30)(1+0.30-b40.30)b30.44-(1-b30.44)(1+0.44-b30.44)b40.30

E1a10:-66.303(1-b40.30)(1+0.30-b40.30)(1-b30.44-(1-b30.44)(1+0.44-b30.44))/ (( 1-b40.30)(1+0.30-b40.30)b30.44-(1-b30.44)(1+0.44-b30.44)b40.30)

E2a11: -70.86(1-b30.44)(1+0.44-b30.44)(1-b40.30-(1-b40.30)(1+0.30-b40.30))/ (( 1-b40.30)(1+0.30-b40.30)b30.44-(1-b30.44)(1+0.44-b30.44)b40.30)

A: (1-b30.44)(1+0.44-b30.44)/ (( 1-b40.30)(1+0.30-b40.30)b30.44-(1-b30.44)(1+0.44-b30.44)b40.30)
-66.303(1-b40.30)(1+0.30-b40.30)(1-b30.44-(1-b30.44)(1+0.44-b30.44))/ (( 1-b40.30)(1+0.30-b40.30)b30.44-(1-b30.44)(1+0.44-b30.44)b40.30)-70.86*(1-b30.44)(1+0.44-b30.44)(1-b40.30-(1-b40.30)(1+0.30-b40.30))/ (( 1-b40.30)(1+0.30-b40.30)b30.44-(1-b30.44)(1+0.44-b30.44)b40.30)+b1*(1+(1-b30.44)(1+0.44-b30.44)/ (( 1-b40.30)(1+0.30-b40.30)b30.44-(1-b30.44)(1+0.44-b30.44)b40.30)+0.4463(1-b40.30)(1+0.30-b40.30)(1-b30.44-(1-b30.44)(1+0.44-b30.44))/ (( 1-b40.30)(1+0.30-b40.30)b30.44-(1-b30.44)(1+0.44-b30.44)b40.30))+b2*(-(1-b30.44)(1+0.44-b30.44)/ (( 1-b40.30)(1+0.30-b40.30)b30.44-(1-b30.44)(1+0.44-b30.44)b40.30)-0.4826(1-b30.44)(1+0.44-b30.44)(1-b40.30-(1-b40.30)(1+0.30-b40.30))/ (( 1-b40.30)(1+0.30-b40.30)b30.44-(1-b30.44)(1+0.44-b30.44)b40.30))-273

3 反演结果：

参考文献：
[1] 李军,赵彤,朱维,等.基于Landsat8 的重庆主城区城市热岛效应研究.山地学报,2018,36(3):452-461.