常规的SLUR遥感估算总共包含两类方法:(1)温度-发射率法,即基于遥感反演的温度和宽波段发射率直接计算。该方法物理意义明确,但是由于地表温度和发射率在部分条件下难以精确获取,因此存在一定的局限性。(2) 混合方法,该方法直接基于大气层顶(top-of-atmosphere, TOA)辐亮度估算SLUR。该方法的优势在于不需要分离温度和发射率,避免参数反演误差的引入。但是TOA辐亮度中包含部分大气信息,因此TOA算法的理论精度受到了限制。该论文发展了一种基于大气层底(bottom-of-atmosphere, BOA)地表出射辐射估算地表长波辐射的方法。该方法的优势在于,其跟经典的TOA混合算法属于同一类,均不需要进行温度和发射率分离,可以避免引入额外误差。该方法包含两部分,第一部分大气校正。假设再分析大气廓线可以有效表征真实大气的形状,只需要算出2个校正参数(温度廓线的偏移和湿度廓线的缩放系数),就可以基于校正的大气廓线计算得到等效的高精度大气校正参数。基于上述假设,该论文在2个分裂窗通道基础上,引入了1个水汽吸收通道(~7 μm)跟1个二氧化碳吸收通道(~13 μm)发展了物理四通道大气校正算法。第二部分,基于发射率光谱库和大气廓线库以及辐射传输模型,构建了BOA辐亮度-SLUR数据库,拟合得到BOA辐亮度估算SLUR的经验公式,并应用到MODIS数据。该文章搜集SURFRAD, BSRN, HIWATER, OzFlux通量观测网络的数据对估算得到的SLUR进行了验证,结果表明偏差和均方根误差分别为1.65 W/m2 和16.23 W/m2,优于经典的TOA算法。
图1 三种方法估算得到的SLUR在不同角度以及水汽条件下的误差分布。
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Zhou, S., & Cheng, J. (2023). A New Bottom-of-Atmosphere (BOA) Radiance-Based Hybrid Method for Estimating Clear-Sky Surface Longwave Upwelling Radiation from MODIS Data. IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, 61, 1-25(下载)