裸地表面上MODIS和ASTER数据得到的作业地表温度产品的卫星横向比较外文翻译资料

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裸地表面上MODIS和ASTER数据得到的作业地表温度产品的卫星横向比较

司博端a，李兆良a,b,uArr;，杰成c，裴愣a

a农业部农业信息技术重点实验室/中国农业科学院农业资源与农业区划研究所，北京100081

b中国科学院地理科学与资源研究所资源与环境信息系统国家重点实验室，北京100101，中国

c北京师范大学地理学院遥感科学国家重点实验室，北京100875

uArr;通讯作者：农业部农业信息化重点实验室/中国农业科学院农业资源与农业区划研究所，北京100081。

关键词：

地表温度（LST）陆地表面发射率（LSE）卫星间比较MODIS ASTER

摘 要：

集合6（C6）MODIS陆地表面温度（LST）产品可供用户群体公开获取。 与集合5（C5）MODIS LST产品相比，C6 MODIS LST产品在裸土像素上精制而成。 评估C6 MODIS LST产品的精度将有助于促进LST产品在各种应用中的使用。 在这项研究中，我们提出了一个跨卫星比较，用ASTER LST产品作为参考，在各种大气和地表条件下评估裸土表面上C6 MODIS LST产品（MOD11_L2）的精度。 为了比较，C5 MODIS LST产品也用于分析。 裸土表面上的C6 MODIS LST和ASTER LST之间的差异的绝对偏差（0.2-1.5 K）比C5 MODIS LST和ASTER LST之间差异（0.6-3.8 K）的偏差小约两倍。 此外，C6 MODIS LST裸土表面的RMSE（0.7-2.3 K）明显小于C5 MODIS LST的（0.9-4.2 K）。 这些结果表明，C6 MODIS LST产品的精度比C5 MODIS LST产品的精度要好得多。我们建议用户在应用中使用C6 MODIS LST产品。

1.介绍

陆面温度（LST）是水文，气象，环境和气候学研究中的关键参数（安德森 等人，2008; 翁，2009; Cheng等人，2010; Li等人，2013a，b; 张等人，2015）。 此外，LST用于广泛的研究，包括土壤水分估算（Sandholt等，2002; 卡尔森，2007; Leng等，2014），表面长波辐射估计（唐和李，2008; Wang等，2012; Yan等，2016; 郑和梁，2016），蒸散研究（Kustas和 Norman，1997; Li等人，2009; Lu等人，2013a，b）和城市环境分析（Streutker，2003; 翁等人，2011; 翁和 傅，2014; Yang等，2015; 陈等人，2016).LST产品来源于Terra和Aqua平台上的中等分辨率成像光谱辐射计（MODIS）数据，并且它们分别用于4,4.1,5和6系列（C4，C4.1，C5和C6），从2000年初和2002年中期开始（Wan等人， 2002, 2004a,b; Wan，2008）。 与先前的MODIS LST产品相比，以下三种是对产品（C6）产品（Wan，2014）的三种改进：（1）广义分裂窗算法通过在纬度为38°S到49.5°N的热和暖的裸露土壤区（HAWBSZ）中的裸土像素上添加两组系数来进行白天和夜间LST恢复; （2）31和32波段的陆地表面发射率（LSE）差异在HAWBSZ中的裸土像素上进行了调整; 和（3）新改进的分裂窗口算法被纳入日/夜算法中，用于基于HAWBSZ中的6公里网格搜索LST和LSE。在以前的研究中，MODIS LST产品已经通过基于温度的方法和基于辐射的方法验证了裸地，草地，淤泥滩，农田和内陆水域Wan等人，2002,2004a,b; 广域网 和Li，2008; Wan，2008; Coll等人，2005,2009）。 验证结果表明，除裸土场地外，大多数场地的C5 MODIS LST产品的精度优于1 K（Wan，2014）。 据报道，由于高估LSE（Hulley和胡克，2009年). 干旱和半干旱地区的C5 MODIS LST产品的准确性被显著低估。Li等（2014）和Yu et al。（2014）用RMSE值大于3K的中国北方干旱地区地面测量数据评估了C5 MODIS LST产品。刘等人。 （2015）在纳米比亚戈巴布布的沙漠地区使用原位LST验证了C5 MODIS LST产品，其RMSE值为3.5 K.C6 MODIS LST产品的主要改进是在裸露的土壤表面上进行的。 为了提供有关C6 MODIS LST产品在裸露土壤表面准确度的不同水平的信息，我们使用交叉卫星比较来评估C6 MODIS LST产品在各种大气和表面条件下的精度，并使用ASTER LST产品作为参考LST数据。 本文组织如下：部分2 介绍本研究中使用的研究领域和数据; 部分3 描述了卫星间的比较方法; 部分4 介绍了C6 MODIS LST产品精度评估的结果和讨论; 部分5 描述了裸土表面上C6 MODIS LST产品的改进以及相关问题; 最后一节提供了研究的结论。

2.研究领域和数据

2.1研究领域

为了评估MODIS LST产品的准确性，本研究选择了四个研究区域，包括各种大气和表面条件下的裸露土壤表面。 这四个研究区位于北美（NAme），南美（SAme），北非（NAfr）和南非（SAfr）。 选择这四个区域的原因是因为它们位于不同的大陆上，裸土表面相对较大。 此外，我们可以使用ASTER四个区域的场景。图.1 显示四个地区的地理位置。 有关这四个领域的详细信息总结在表格1.

图1.四个研究区域的地理位置

表1

aAAT：年平均气温。

bAAP：年平均降水量。

2.2数据

本研究中使用了6个MODIS和ASTER产品。 有关这些产品的详细信息总结在表2。 这些产品的具体描述被引入以下部分。 MODIS产品从Reverb网站下载（http://reverb.echo.nasa.gov/).

表2

2.2.1 MODIS LST / E产品

MODIS是美国国家航空航天局（NASA）地球观测系统（EOS）Terra和Aqua卫星上的主要仪器之一。 Terra和Aqua分别于1999年12月18日和2002年5月4日推出。 Terra立交桥时间大约是上午10:30当地太阳时间以下降模式和10:30 pm当地太阳时间以上行模式，而Aqua立交桥时间大约为当地太阳时间下午1:30，上行模式和1:30上午当地太阳时间以降模式运行。本研究中使用了MODIS / Terra LST / E 5分钟L2刈幅1公里产品（MOD11_L2，集合5和6）。 LST由MODIS波段31和32中的亮度温度使用广义分裂窗算法产生（贝克尔和 Li，1990; Wan和Dozier，1996年）。 使用基于分类的发射率方法估计MODIS波段31和32的LSE（Snyder等，1998; Li等人，2013a，b).MODIS重复投影工具（MRTSwath）用于将MOD11_L2产品从HDF格式的正弦投影转换为GeoTiff格式的地理投影。 科学数据集层LST，LSE和质量控制（QC）是从MOD11_L2产品中提取的。 本研究仅使用高质量的LST / E数据（即QC = 0）段（Duan）等人，2014)。

2.2.2MODIS配套产品

本研究采用以下三种MODIS辅助产品：（1）MODIS地理定位L1产品（MOD03，集合5和6），（2）MODIS土地覆盖类型产品（MCD12Q1，集合5.1）和（3） MODIS大气廓线产品（MOD07_L2，集合5和6）。MOD03产品包括大地纬度，经度，高于大地水准面的表面高度，太阳天顶角和方位角，卫星天顶角和方位角，以及1km空间分辨率的海陆面罩。 该产品被用于使用MRTSwath重新投影MOD11_L2产品。MCD12Q1产品包含五种不同的土地覆盖分类方案（Friedl等人，2010）。 由国际地圈 - 生物圈定义。程序（IGBP）被用来识别裸土像素（IGBP ID = 16）。 MODIS重复投影工具（MRT）用于将MCD12Q1产品从HDF格式的正弦投影转换为GeoTiff格式的地理投影。 该产品的空间分辨率为500米。 它通过像素平均值从500m增加到1000m，以匹配MOD11_L2产品的空间分辨率。MOD07_L2产品由总臭氧负荷，大气稳定性，温度和湿度分布以及大气柱水蒸气（CWV）（Seemann等人， 2003）。 这些参数是白天和夜晚在5级1公里像素分辨率下产生的，当至少有9个视场没有云时。 大气CWV是对清晰场景中大气水分廓线进行综

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