2.1 现有各种窄波段发射率产品遥感反演算法分析

2.1.1 现有全球各种发射率产品介绍

正如第一章所介绍，迄今为止，虽然存在很多的地表发射率反演算法，且这些算法都能在一定程度上实现地表发射率的反演，但是由于精度以及约束条件的限制，大多数方法并不适合星载热红外传感器地表发射率反演的业务化运行。通过文献调研和专家咨询，目前已有的地表发射率全球产品仅有四种(见表2.1)，而且这四种发射率产品都是窄波段方向发射率产品。下面详细介绍这四种全球发射率产品。

表2.1现有全球地表发射率遥感反演产品

2.1.1.1 ASTER传感器90m分辨率地表发射率产品

ASTER传感器90m分辨率地表发射率产品AST05是通过ASTER热红外数据反演出的地表瞬时发射率反演产品，其包含了5个热红外通道，光谱范围为8.125µm~11.65µm，每景图像空间覆盖范围约为60 km×60 km，采用了通用横轴墨卡托（Universal Transverse Mercator）投影。

该产品由TES地表温度和地表发射率分离法生成。针对ASTER传感器的5个热红外通道，由Gillespie等研究者结合前人的研究成果，于1996年首次提出。在大气纠正后的地表辐射亮度的基础上，通过归一化发射率（NEM）模块，发射率之比（RATIO）模块以及平均/最大最小差值（MMD）模块实现了地表温度和地表发射率的分离。该算法已经作为ASTER的业务化运行算法，用于生成全球5个热红外窄波段的地表发射率产品(Gillespie and Rokugawa et al., 1996)。

2.1.1.2 MODIS传感器1km分辨率地表发射率产品

MODIS传感器1km分辨率地表发射率产品包含了MOD11_L2、MYD11_L2、MOD11A1和MYD11A1，其中MOD11_L2和MOD11A1是TERRA卫星上搭载的MODIS传感器的地表发射率反演产品，而MYD11_L2和MYD11A1是AQUA卫星上搭载的MODIS传感器的地表发射率反演产品。这些地表发射率反演产品都包含了2个热红外通道，光谱范围为10.78µm~12.27µm，两者区别在于MOD11_L2/MYD11_L2是未经过几何纠正的每5分钟一景的瞬时地表发射率产品，而MOD11A1/MYD11A1是经过正弦投影（Sinusoidal projection）后的全球每日地表发射率产品。

这两个产品都由基于地表分类的发射率反演方法所生成。针对MODIS传感器位于热红外大气窗口10.78µm~12.27µm的2个热红外通道，即31和32通道，由Snyder 等研究者于1998年提出，该方法基于地表下垫面的分类思想，利用地表分类信息，结合地表动态变化信息，通过对14种不同的地表下垫面实现了全球地表发射率产品的生成。该算法已经作为MODIS的业务化运行算法，用于生成全球2个热红外窄波段的地表发射率产品(Snyder, Wan et al., 1998; Wan, 1999)。

2.1.1.3 MODIS传感器6km分辨率地表发射率产品

MODIS传感器6km分辨率地表发射率产品MOD11B1和MYD11B1是经过正弦投影后的每日地表发射率产品，前者是TERRA卫星的产品，后者是AQUA卫星的产品，其包含了6个红外通道，即3个中红外通道，光谱范围为3.66µm~4.08µm，以及3个热红外通道，光谱范围为8.40µm ~12.27µm，MOD11B1/MYD11B1是经过正弦投影（Sinusoidal projection）后的全球每日地表发射率产品。。

该产品由日夜双时相多通道物理反演方法生成。针对MODIS传感器位于中红外大气窗口3.66µm~4.08µm的3个中红外通道，即20, 22和23通道，以及热红外大气窗口8.40µm ~12.27µm的3个热红外通道，即29、31、和32通道，由Wan和Li于1997年共同提出。该方法通过假设白天和夜晚地表发射率不变，使用昼夜两次观测的方法解决了方程组求解的欠定问题，通过7个通道白天晚上两次观测的14个方程组，求解14个未知数，即地表发射率（7个）、地表二向反射异向因子（1个）、白天和晚上的地表温度（2个）、白天和晚上的大气底层温度和大气水汽的改正项（4个）。该算法已经作为MODIS的业务化运行算法，用于生成全球7个红外窄波段的地表方向发射率产品(Wan and Li, 1997; Wan, 1999)。

2.1.1.4 MODIS传感器0.05°分辨率地表发射率产品

MODIS传感器0.05°分辨率地表发射率产品MOD11C1和MYD11C1是将6km分辨率地表发射率产品MOD11B1和MYD11B1投影到气象模型（Climate Modeling Grid）后，重新生成的0.05°分辨率的每日地表发射率产品，也包含了6个红外通道，即3个中红外通道，光谱范围为3.66µm~4.08µm，和3个热红外通道，光谱范围为8.40µm ~12.27µm。

该产品也是由日夜双时相多通道物理反演法生成，已经作为MODIS的业务化运行算法，用于生成全球6个红外窄波段的地表发射率产品(Wan and Li, 1997; Wan, 1999)。

总的说来，上述四种不同的地表发射率全球产品主要采用了3种不同的算法。下面将详细的介绍这3种不同算法用于实现全球地表发射率产品生成的原理和流程，这3种算法基本上覆盖了目前主流全球地表发射率业务化生成算法，占全球反演算法的90%以上。