Comparació d'algoritmes per obtenir la temperatura de superfície del sòl a partir de les dades IR del LANDSAT-7 ETM+ a la franja jònica de Basilicata

DOI: 10.3369/tethys.2012.9.03

Tethys núm. 9 pàg.: 25 - 34

Resum

La temperatura de superfície del sòl (LST, segons les sigles angleses) és un paràmetre d'extremada importància que controla l'intercanvi de radiació d'ona llarga i el flux de calor sensible entre la superfície de la terra i l'atmosfera. Per tant, conèixer la LST és essencial per a tota una sèrie de qüestions i temes de les ciències de la Terra centrals per a la hidrologia, la climatologia i el canvi climàtic global. Ocupa un paper especialment cabdal en l'estimació de les variables hidrològiques com la mateixa evapotranspiració. Tanmateix, a causa de l'extremada heterogeneïtat de la majoria de les superfícies del sòl, la LST és un paràmetre difícil d'avaluar i validar. En aquest treball, es van aplicar i comparar els dos models de Qin et al. i Jiménez-Muñoz i Sobrino per a avaluar la LST a la regió de Basilicata (sud d'Itàlia). Aquests models es van proposar en el material publicat com a alternatives a l'aplicació de l'Equació de Transferència Radiativa (RTE, segons les sigles angleses) per tal de superar algunes dificultats en l'obtenció de dades del radiosondatge i en l'esquematització dels processos d'intercanvi entre massa i energia a l'atmosfera. Es van processar dues imatges del Landsat-7 ETM+ (9 d'agost de 1999; 14 de juny de 2002) que cobrien tota la regió de Basilicata per obtenir mapes de la LST. Les variables meteorològiques, la temperatura de l'aire i la humitat relativa, la radiació solar global i la velocitat del vent necessaris es van aconseguir interpolant dades d'una xarxa d'estacions agrometeorològiques distribuïdes per la regió. La variabilitat d'aquestes LST aconseguides es va analitzar respecte de diferents tipus d'usos del sòl caracteritzats a partir del mapa de Coberta del Sòl CORINE. Després es va realitzar una comparació entre la LST aconseguida amb l'aplicació dels models de Qin et al. i Jiménez-Muñoz i Sobrino i les mesures in situ de la temperatura de superfície preses a les estacions climàtiques d'ALSIA (Agenzia Lucana di Sviluppo e di Innovazione in Agricoltura) situades a la franja jònica de la regió de Basilicata. Els resultats mostren (d'acord amb treballs anteriors) que, en aquest cas, el model de Jiménez-Muñoz i Sobrino pot fer una millor aproximació a les dades mesurades que el de Qin et al., i també utilitza millor les imatges del Landsat-7 ETM+ en un context diferent, com el de la franja jònica de Lucània.

Referències

  • - APAT, 2005: The project IMAGE and CORINE Land Cover 2000 in Italy, Final report, april 2005.
  • - Becker, F. i Li, Z. L., 1990: Temperature independent spectral indices in thermal infrared bands, Remote Sens Environ, 32, 17–33, doi:10.1016/0034-4257(90)90095-4.
  • - Carlson, T. N. i Ripley, D. A., 1997: On the relation between NDVI, fractional vegetation cover, and leaf area index, Remote Sens Environ, 62, 241–252, doi:10.1016/S0034-4257(97)00104-1.
  • - Chavez, P. S., 1996: Image-based atmospheric correction-revisited and improved, Photogramm Eng Remote Sens, 62, 1025–1036.
  • - Coll, C., Caselles, V., i Galve, J. M., 2005: Ground measurements for the validation of land surface temperatures derived from AATSR and MODIS data, Remote Sens Environ, 97, 288–300, doi:10.1016/j.rse.2005.05.007.
  • - Cooper, D. I. i Asrar, G., 1989: Evaluating atmospheric correction models for retrieving surface temperature from AVHRR over a tallgrass prairie, Remote Sens Environ, 27, 93–102, doi:10.1016/0034-4257(89)90040-0.
  • - Cristóbal, J., Jiménez-Muñoz, J. C., Sobrino, J. A., Ninyerola, M., i Pons, X., 2009: Improvements in land surface temperature retrieval from the Landsat series thermal band using water vapor and air temperature, J Geophys Res, 114, D08 103, doi:10.1029/2008JD010616.
  • - Dousset, B. i Gourmelon, F., 2003: Satellite multi-sensor data analysis of urban surface temperatures and landcover, ISPRS-J Photogramm Remote Sens, 58, 43–54, doi:10.1016/S0924-2716(03)00016-9.
  • - Gillespie, A. R., Rokugawa, S., Hook, S., Matsunaga, T., i Kahle, A. B., 1998: A temperature and emissivity separation algorithm for Advanced Spaceborne Thermal Emission and Reflection Radiometer (ASTER) images, IEEE Trans Geosci Remote Sensing, 36, 1113–1126, doi:10.1109/36.700995.
  • - Iqbal, M., 1983: An introduction to solar radiation, Academic Press, New York.
  • - Jiménez-Muñoz, J. C. i Sobrino, J. A., 2003: A generalized single channel method for retrieving land surface temperature from remote sensing data, J Geophys Res, 108, doi:10.1029/2003JD003480.
  • - Jiménez-Muñoz, J. C., Cristóbal, J., Sobrino, J. A., Sòria, G., Ninyerola, M., i Pons, X., 2009: Revision of the Single-Channel Algorithm for Land Surface Temperature Retrieval From Landsat Thermal-Infrared Data, IEEE Trans Geosci Remote Sensing, 47, 339–349, doi:10.1109/TGRS.2008.2007125.
  • - Mallick, J., Kant, Y., i Bharath, B. D., 2008: Estimation of land surface temperature over Delhi using Landsat-7 ETM+, J Ind Geophys Union, 12, 131–140.
  • - Norman, J. M., Chen, J. L., i Goel, N. S., 1990: Thermal emissivity and infrared temperature dependence of plant canopy architecture and view angle, Proc. 10th Ann. Inter. Geoscience Remote Sensing Symp., IEEE, 445 Hoes Lane, Piscataway, NJ 08854, vol. III, pp. 1747-1750.
  • - Prata, A. J., 2002: Land surface temperature measurement from space: Global surface temperature simulations for the AATSR, Technical report, cSIRO 15 pp.
  • - Qin, Z., Karnieli, A., i Berliner, P., 2001: A mono-window algorithm for retrieving land surface temperature from Landsat TM data and its application to the Israel-Egypt border region, Int J Remote Sens, 22, 3719–3746, doi:10.1080/01431160010006971.
  • - Running, S. W., Justice, C., i Salomonson, V., 1994: Terrestrial remote sensing science and algorithms planned for EOS/MODIS, Int J Remote Sens, 15, 2620–3587, doi:10.1080/01431169408954346.
  • - Sobrino, J. A., 1989: Desarrollo de un modelo teórico para implementar la medida de la temperatura realizada mediante teledetección. Aplicación a un campo de naranjos, PhD dissertation, University of Valencia, Valencia, 170 pp.
  • - Sobrino, J. A. i Raissouni, N., 2000: Toward remote sensing methods for land cover dynamic monitoring. Application to Morocco, Int J Remote Sens, 21, 353–366, doi:10.1080/014311600210876.
  • - Sobrino, J. A., Caselles, V., i Becker, F., 1990: Significance of the remotely sensed thermal infrared measurements obtained over a citrus orchard, ISPRS-J Photogramm Remote Sens, 44, 343–354, doi:10.1016/0924-2716(90)90077-O.
  • - Sobrino, J. A., Jiménez-Muñoz, J. C., i Leonardo, P., 2004: Land surface temperature retrieval from LANDSAT TM 5, Remote Sens Environ, 90, 434–440, doi:10.1016/j.rse.2004.02.003.
  • - Sobrino, J. A., Jiménez-Muñoz, J. C., Sòria, G., Romaguera, M., Guanter, L., Moreno, J., Plaza, A., i Martínez, P., 2008: Land Surface Emissivity Retrieval From Different VNIR and TIR Sensors, IEEE Trans Geosci Remote Sensing, 46, 316–327, doi:10.1109/TGRS.2007.904834.
  • - Sun, Q., Tan, J., i Xu, Y., 2010: An ERDAS image processing method for retrieving LST and describing urban heat evolution: a case study in the Pearl River Delta Region in South China, Environ Earth Sci, 59, 1047–1055, doi:10.1007/s12665-009-0096-3.
  • - Valor, E. i Caselles, V., 1996: Mapping land surface emissivity from NDVI: application to European, African and South American areas, Remote Sens Environ, 57, 167–184, doi:10.1016/0034-4257(96)00039-9.
  • - Van de Griend, A. A. i Owe, M., 1993: On the relationship between thermal emissivity and the normalized difference vegetation index for natural surfaces, Int J Remote Sens, 14, 1119–1131, doi:10.1080/01431169308904400.
  • - Wan, Z. i Snyder, W., 1996: MODIS land-surface temperature algorithm theoretical basis document, LST ATBD, version 3.2.
  • - Weng, Q., Lu, D., i Schubring, J., 2004: Estimation of land surface temperature-vegetation abundance relationship for urban heat island studies, Remote Sens Environ, 89, 467–483, doi:10.1016/j.rse.2003.11.005.
  • - Wukelic, G. E., Gibbons, D. E., Martucci, L. M., i Foote, H. P., 1989: Radiometric calibration of Landsat Thematic Mapper Thermal Band, Remote Sens Environ, 28, 339–347, doi:10.1016/0034-4257(89)90125-9.
  • - Yang, J. S. i Wang, Y. Q., 2002: Estimation of land surface temperature using landsat-7 ETM+ thermal infrared and weather station data, Proceeding of Huangshan International Thermal Infrared Remote Sensing Workshop, Huangshan, Anhui, PR China, july 14-17, 2002, http://www.ltrs.uri.edu/research/LSTpage/paper4.doc.
  • - Zhang, J., Wang, Y., i Lib, Y., 2006: A C++ program for retrieving land surface temperature from the data of Landsat TM/ETM+ band6, Comput Geosci, 32, 1796–1805, doi:10.1016/j.cageo.2006.05.001.
  • - Zhang, J., Wang, Y., i Wang, Z., 2007: Change analysis of land surface temperature based on robust statistics in the estuarine area of Pearl River (China) from 1990 to 2000 by Landsat TM/ETM+ data, Int J Remote Sens, 28, 2383–2390, doi:10.1080/01431160701236811.


Creative Commons License

Aquesta obra està subjecta a una llicència de Creative Commons.


Indexats a Scopus, Thomson-Reuters Emerging Sources Citation Index (ESCI), Scientific Commons, Latindex, Google Scholar, DOAJ, ICYT (CSIC)

Finançat parcialment per les Accions Complementàries CGL2007-29820-E/CLI, CGL2008-02804-E/, CGL2009-07417-E i CGL2011-14046-E del Ministeri de Ciència i Innovació del Govern d'Espanya