论文部分内容阅读
地表温度是全球资源环境和气候变化研究中的关键参数,精确地测定地表温度对于全球气候变化的研究、灾害监测及资源管理都有非常重要的意义。MODIS是新型的中等光谱分辨率对地观测系统,拥有36个波段,其热红外波段空间分辨率为1km。目前,各国的科研工作者已经开始使用MODIS的某些热红外波段进行地表温度反演研究,NASA也成立了专门的科学工作组,对于地表温度的反演方法进行研究。经过科学家们多年的来的研究和探索,地表温度算法已经日趋成熟,种类也很多,现在主要的算法有单通道算法,分裂窗算法,多通道算法以及多角度和组分温度反演算法。可是,目前国内外并没有见到有成熟的地表温度反演软件为地表温度产品的生产提供支持,NASA虽然向全球提供MODIS温度产品,但是其产品的参数设置具有局限性,可能不符合研究区域当地的实际情况,这在一定程度上影响了地表温度在各个研究方向上的应用。因此,研究和设计一个针对MODIS数据的地表温度反演软件是有现实意义的。
为了满足国内对于MODIS温度产品的迫切需求,本文在已有的MODIS地表温度反演方法的基础上,研究和设计了一个MODIS地表温度反演软件。对于软件的总体框架,进行了科学的设计,将其分为若干功能模块,其中包括LST反演计算模块,Bowtie效应去除处理模块,几何校正模块以及图像显示模块等,每个模块都有自己的设计。
在LST反演计算模块中,以覃志豪等提出并改进的地表温度分裂窗算法为例,阐述了该模块的设计,实现与优化。在:Bowtie效应处理模块的设计中,从Bowtie效应的成因入手,进行了深入的研究,结果发现有Bowtie效应的MODIS图像中存在着一个界限区域,这个区域界限大概为一幅图像左边的第400列到第450列,右边则与之相对称,以这个区域中的某一列作为界限,界限外侧的区域Bowtie效应现象明显,应该去除,而内侧则可以忽略或以最小重叠行数处理。
基于以上结论,改进了已有的去除Bowtie效应效应的非星历表算法,对于Bowtie效应进行分块处理,在一定程度上提高了去除Bowtie效应的效率。同时,还对Bowtie效应在MODIS地表温度反演计算中的先后处理顺序对于MODIS地表温度反演本身的影响做了分析,得出结论是影响并不大,在一定误差允许的范围内,可以先不对MODIS数据进行处理,而在完成地表温度反演计算过程后再对地表温度反演结果进行Bowtie效应去除处理,这在地表温度反演计算中,可以大大的提高反演的效率。
在几何校正模块的研究和设计中,根据MODIS数据的特点,改进了基于三角网的几何校正方法,首先对于由经度信息矩阵和纬度信息矩阵计算出的地理横坐标矩阵和地理纵坐标矩阵生成三角网,然后对于这个三角网进行格网化,生成横纵两个坐标矩阵,其中每个格网的值就是对应的原始图像横坐标或纵坐标,然后利用这两个坐标矩阵进行插值,最后就可以得到校正精度比较理想的校正图像。在图像显示模块的设计,重点阐述了图像打开,显示以及图像的保存方法。软件的图像界面对于用户来说非常重要,本文使用IDL语言所提供的GUI Builder组件进行了界面设计,设计出的界面具有简单、友好、便捷及易于操作等特点。
在全文的最后,使用开发的软件做了一个实例分析,从运行的时间、内存的消耗、Bowtie效应的去除效果、几何校正的匹配度以及地表温度反演的效果等方面评价了软件。