FY-3/MERSI地表温度反演和专题制图的MATLAB 实现

摘要

中国新一代极轨气象卫星风云三号（简称FY-3）上搭载的中分辨率光谱成像仪（MERSI）为大面积热环境监测提供了新的遥感数据源，特别是其包含一个中心波长位于11.25um，光谱带宽达2.5um 的250m 热红外通道。然而目前FY-3/MERSI 多见于试验研究，国家卫星气象中心已有的业务产品中也缺乏地表温度产品，随着卫星系统稳定、正常运行及数据的积累，有必要发展区域性FY-3/MERSI 地表温度及衍生产品的业务化流程算法，一方面有助于提升中国卫星遥感自主应用能力，另一方面可在业务系统中减少对国外遥感数据的依赖，确保热力要素相关监测的及时性和准确性。本文在分析FY-3/MERSI L1 级HDF5 格式及通道特点的基础上，采用Jiménez-Mu.oz & Sobrino 普适性单通道地表温度反演算法，通过MATLAB 编程，实现了直接利用FY3/MERSI 数据进行250m 分辨率地表温度反演与专题制图。详细介绍了地表温度反演算法的参数化流程，包括中间参数地表比辐射率和大气水汽含量的计算方式，以及在反演的地表温度基础上计算其它衍生指标用于分析城市空间热环境，列举了关键的数据提取、指标计算、专题制图代码，建立了FY-3/MERSI 数据LST 反演及制图流程。将该流程应用于上海市空间热环境监测与分析，结果证明：该程序能够根据设定范围对FY-3/MERSI L1 数据进行快速、实时和自动处理，适用于业务化产品制作与共享，节省人力资源。同时应用实验也表明，FY-3/MERSI 上海城市250m 地表温度产品空间特征精细化，反映出上海市地表温度分布差异大，城市热岛效应明显。高温区域主要分布在中心城区范围及北部宝山、嘉定此类能耗大、热源强度高的工业区内，另外中心城区周边的近郊地区如闵行、浦东东北部、松江东部目前发展较快，也已成为新的热力中心基质区域；郊区地表温度相对较低，南部沿海和崇明县温度整体处于较低水平，比中心城区约低1.0－3.2℃，另具有较大水域面积和较密植被的城中各大公园形成多个冷岛，水域的温度则最低，而且城市热岛的形成与城市下垫面介质关系密切。分析说明FY-3/MERSI 能更精细揭示上海城市热场的空间格局及热岛效应特征，通过日后累积每日数据和产品，其可在不同天气形式下分析城市热场形态特征及城市热岛效应的日夜、季节、年代演变机理等方面发挥巨大作用。