Δορυφορική Τηλεπισκόπηση της Παγκόσμιας Θερμοκρασίας Επιφάνειας Εδάφους: Ορισμός, Μέθοδοι, Προϊόντα και Εφαρμογές
Από RemoteSensing Wiki
Πρωτότυπος τίτλος: Satellite Remote Sensing of Global Land Surface Temperature: Definition, Methods, Products, and Applications
Συγγραφείς: Zhao-Liang Li, Hua Wu, Si-Bo Duan, Wei Zhao, Huazhong Ren, Xiangyang Liu, Pei Leng, Ronglin Tang, Xin Ye, Jinshun Zhu, Yingwei Sun, Menglin Si, Meng Liu, Jiahao Li, Xia Zhang, Guofei Shang, Bo-Hui Tang, Guangjian Yan and Chenghu Zhou
DOI: https:// doi.org/10.1029/2022RG000777
Εισαγωγή
Η Land Surface Temperature (LST) αποτελεί μια κρίσιμη μεταβλητή του κλιματικού συστήματος της Γης, καθώς αντικατοπτρίζει την ανταλλαγή ενέργειας και υγρασίας μεταξύ εδάφους και ατμόσφαιρας και επηρεάζει βασικές διεργασίες όπως η ανάπτυξη της βλάστησης, η εξατμισοδιαπνοή, η υγρασία εδάφους και η ένταση των αστικών θερμικών νησίδων. Από τη δεκαετία του 1960 έως σήμερα, πλήθος θερμικών αισθητήρων στο φάσμα TIR (8–14 μm) έχουν τοποθετηθεί σε δορυφορικές αποστολές όπως NOAA, Landsat, Terra/Aqua, MSG και FY, επιτρέποντας την παγκόσμια και τακτική μέτρηση της LST σε μεγάλη κλίμακα. Κατά τις τελευταίες έξι δεκαετίες έχουν αναπτυχθεί πολλές μέθοδοι ανάκτησης LST – από split-window και single-channel έως πιο προηγμένα TES και φυσικά day/night μοντέλα – οι οποίες έχουν οδηγήσει σε μια μεγάλη γκάμα δορυφορικών προϊόντων (π.χ. MODIS, Landsat C2, ASTER, SEVIRI, Copernicus). Καθώς η δημοσιευμένη βιβλιογραφία αυξάνεται ραγδαία, με τον αριθμό σχετικών άρθρων το 2020 να είναι σχεδόν τριπλάσιος σε σχέση με το 2013, καθίσταται αναγκαία μια συστηματική ανασκόπηση των μεθόδων, των προϊόντων, των αβεβαιοτήτων και των εφαρμογών της LST ώστε οι χρήστες να κατανοήσουν την τρέχουσα τεχνολογική κατάσταση, τους περιορισμούς αλλά και τις προοπτικές εξέλιξης.
Ορισμός της Δορυφορικής Land Surface Temperature (LST)
Η Land Surface Temperature (LST) ορίζεται ως η θερμοδυναμική θερμοκρασία ενός πολύ λεπτού στρώματος στην επιφάνεια του εδάφους, της βλάστησης ή άλλων επιφανειακών υλικών, η οποία αλληλεπιδρά με την ατμόσφαιρα. Στο πλαίσιο της τηλεπισκόπησης, η LST αντιστοιχεί στη θερμοκρασία της «οπτικά ορατής» επιφάνειας που βρίσκεται μέσα στο Instantaneous Field of View (IFOV) του αισθητήρα (Εικόνα 1), και το πάχος της αντιστοιχεί στο βάθος διείσδυσης της θερμικής ακτινοβολίας.
Το βάθος αυτό είναι μικρό στην TIR περιοχή, και δίνεται από την εξίσωση:
όπου λ0 είναι το μήκος κύματος και 𝑘 το φανταστικό μέρος του δείκτη διάθλασης. Για μήκη κύματος γύρω στα 10 μm, το βάθος διείσδυσης κυμαίνεται μόλις από 1 έως 100 μm, πράγμα που σημαίνει ότι η LST είναι ουσιαστικά skin temperature.
Η LST που ανακτάται από δορυφορικά δεδομένα είναι ραδιομετρική θερμοκρασία, η οποία προκύπτει από τη μετρούμενη ακτινοβολία μετά την αφαίρεση των ατμοσφαιρικών επιδράσεων και τη διόρθωση ως προς την εκπομπή της επιφάνειας. Η θεμελιώδης εξίσωση που συνδέει τη μετρούμενη ακτινοβολία με τη δορυφορικά παραγόμενη θερμοκρασία είναι:
