jueves, 2 de julio de 2015

Calculo de la temperatura superficial del mar utilizando imágenes Lansat 8 OLI/TIRS



Los productos Landsat 8 estan proporcionados por el Centro EROS USGS consisten en números cuantificados y calibrados escalados digitales (DN) que representan los datos de imágenes multiespectrales adquiridos tanto por el Operativo Land Imager (OLI) y el sensor infrarrojo térmico (TIRS).  Las imágenes fueron descargadas de erath explorer de la zona de Hawaii, calculando las correcciones radiométricas mediante los datos del .MTL

Los productos se entregan en formato entero sin signo de 16 bits y se pueden reajustarán a la cima del Ambiente (TOA) reflectancia y / o radiación utilizando coeficientes reescalado radiométricas previstas en el archivo de metadatos producto (archivo MTL), tal como se describe brevemente a continuación. El archivo MTL también contiene las constantes térmicas necesarias para convertir los datos TIRS a la temperatura a por satélite brillo.

La conversión de ND a RADIANCIA

datos de banda OLI y TIRS se puede convertir en TOA radiancia espectral utilizando el resplandor factores previstos en el archivo de metadatos reajuste:

L λ = M L Q cal + A L 
utilizando la caluladora raster de ArcGIS 10.2 ND - RADIANCIA
(3.357e-4*"LC80630462013351LGN00_B10.TIF")+(21.8996)
este calculo es espectral, es decir se le aplica a cada banda para conocer la radiancia de esa banda que es la ganancia multiplicado por el ND (banda) mas el Bias.

Donde:

L λ = TOA radiancia espectral (Watts / (m2 * srad * m))
M L = factor de cambio de escala multiplicativo Band-específica de los metadatos (RADIANCE_MULT_BAND_x, donde x es el número de la banda)
A L = Banda específica aditivo reescalar el factor de la metadatos
Q cal = valores de píxel de productos estándar cuantificadas y calibrados (DN)

Calculo de la temperatura de brillantes 

Las bandas obtenidas por el sensor TIRS pueden ser convertidas de radiancia espectral a temperatura de brillo en grados Kelvin (k) usando para ello la constante térmica suministrada en el archivo de metadatos:

Datos de banda TIRS se puede convertir de radiancia espectral de la temperatura de brillo usando las constantes térmicas previstas en el archivo de metadatos:

calculo de la temperatura de brillantes = ((k2)/(Ln(k1/Banda en radiancia)+1))-273.15

dónde:

T= A-satélite temperatura de brillo (K)
L λ = TOA radiancia espectral (Watts / (m2 * srad * m))
K1 = conversión térmica Band-específica constante de los metadatos (K1_CONSTANT_BAND_x, donde x es el número de banda, 10 o 11)
K2 de conversión térmica = Band-específica constante de los metadatos (K2_CONSTANT_BAND_x, donde x es el número de banda, 10 o 11)

converción de radiancia a temperatura de brilllantes para la banda 10, se le aplica un -273.15 para convertir de unidades de kelvin a Celsius  ((1321.08)/(Ln(774.89/banda10)+1))-273.15

 


Temperatura de brillantes calculada en la banda 10
dando un rango de 16 a 68 grados centigrados




Temperatura de brillantes calculada banda 11
dando un rango de 39 a 80 grados centigrados



La tamperatura de brilantes a temperatura superficial del mar (MONALDO)

se muestra por qué es razonable creer que para las mediciones de nadir en regiones sin nubes la temperatura superficial del mar, , debe ser de la forma BANDAS QUE MANEJA EL SATELITE AVHRR. Una lista de canales de longitud de onda AVHRR. Los canales 1 y 2 medida reflejan la luz en las regiones visible e infrarrojo cercano, respectivamente. Canales 3, 4, y 5 están dominados por la radiación emitida desde la superficie. Canal 3 tiene la ventaja de que es menos sensible a vapor de agua atmosférico. Sin embargo, el canal 3 admitirá una cantidad sustancial de la radiación solar reflejada. Es, por lo tanto, utiliza principalmente en la noche. Canales 4 y 5 son más afectada por el vapor de agua, pero no están contaminados sustancialmente por la radiación solar reflejada. Es la combinación juiciosa de las mediciones de radiancia de los canales 3, 4 y 5 que permite la extracción de la temperatura de la superficie del mar.


Se puede observar que en las bandas del termico de lansat 8 coinciden con las utilizadas en NOAA - AVHRR que son las bandas 4 y 5, cabe mencionar que aqui se aplicara la temperatura de split window por que la escena fue adquirida en el dia puesto que este algoritmo es utilizado en tiempos diurnos, para ser más precisios en la temperatura termométrica se debe utilizar de AVHRR la banda 3 en el rango del 3.7 que es poco propenso a las moleculas de agua, pero añade gran informacion de reflactancia solar, es por eso que se utiliza de noche aparte de que da mayor precisión.
La conversión a Al-satélite Brillo Temperatura - Temperatura termométrica


algortimo de split window con las bandas 10 y 11 de lansat 8 OLI-TIRS
con un rango de 10 a 39 grados centigrados.

Algotimo para el calculo de temperatura termométrica (Split Window)

utilizando este algoritmo en el nadir, sin presencia de nubes.




donde y son las temperaturas de brillo determinados a partir de los valores de radiancia en dos canales diferentes ventanas infrarrojas y . La constante es cercana a 1 lo que sugiere que la temperatura de infrarrojos medido en cualquiera de estos canales está cerca de la temperatura de la superficie del mar. El término diferencia de temperatura hace que una pequeña corrección a esta temperatura durante la transmitancia atmosférica. El término es un pequeño factor de corrección asociado con las diferentes temperaturas de brillo atmosféricas en diferentes canales.

Mediciones basadas en comparaciones empíricas de datos AVHRR y boya, McClain y Bernstein encontró dos conjuntos de algoritmos para combinar las mediciones de radiancia en los tres canales de la ventana infrarrojos emitidos - uno para la noche y un juego para el día . Los algoritmos utilizados en la noche pueden emplear el canal. Para algoritmos diurnas, el canal contiene refleja claraboya y sólo combinaciones de y son útiles.

En general, hay tres clases de algoritmos de temperatura superficial del mar. El `` 'ventana dividida' algoritmo utiliza la temperatura de brillo como la estimación orden más baja de la temperatura superficial del mar y la diferencia para corregir la atmósfera. El `` de doble ventana '' algoritmo utiliza el brillo y la diferencia para corregir la atmósfera. Finalmente, el `` triple ventana 'la' algoritmo utiliza el brillo y la diferencia para corregir la atmósfera.

Además, hay términos de corrección que deben aplicarse para ajustar las mediciones realizadas fuera del nadir. Si definimos que es el ángulo cenital del sensor, entonces los tres algoritmos tienen la forma:


Las temperaturas pueden ser en grados Celsius o Kelvin. En el Apéndice, enumeramos los coeficientes utilizados por el software TeraScan para calcular la temperatura superficial del mar da estas formas funcionales utilizando tanto el Celsius y escalas de temperatura Kelvin.

bandas del noaa - avhrr


Sabemos que los satelites trabajan en relacion a las ventanas espectrales para que la señal reflejada por las cubiertas terrestres tenga lo menos afectaciones atmosféricas esto quiere decir que se busca que la señal se en parte diafana a la atmósfera, respecto a las bandas utilizadas en AVHRR y Lansat 8 cualquier satélite que contenga bandas termicas puede estimarse la temperatura de brillantes, este se calcula mediante el parámetro T de la formula de Planck, se busco hacer comparaciones de bandas apegadas lo mas similar posible a las de NOAA-AVHRR, en las termicas no hay problema pero en la banda 5 que trabaja en el rango del 3.7 se asemejo a la banda de lansat 7.



DR. MONALDO - CALCULO DE LA SUPERFICIE DEL MAR CON DATOS DEL AVHRR

PRODUCTOS LANSAT 8 PDF