DB43∕T 2643-2023 南方地表高温遥感监测评估方法(湖南省).pdf

ICS 07.060 CCS A47 43 湖南省地方标准 DB 43/T 26432023 南方地表高温遥感监测评估方法 Satellite based remote sensing monitoring and evaluation methods of high land surface temperature in South China 2023-06-26 发布 2023-09-26 实施 湖南省市场监督管理局 发 布 DB 43/T 26432023 I 目次 前言.III 1 范围.1 2 规范性引用文件.1 3 术语和定义.1 4 数据要求.2 5 地表温度反演方法.2 6 评估指标.3 附录 A（规范性）城市热岛等级划分.5 附录 B（规范性）区域城市热岛评估.6 参考文献.7 DB 43/T 26432023 III 前言 本文件按照GB/T 1.12020标准化工作导则 第1部分：标准化文件的结构和起草规则的规定起草。请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。本文件由湖南省气象局提出。本文件由湖南省气象标准化技术委员会归口。本文件起草单位：湖南省气象科学研究所、成都信息工程大学、国家卫星气象中心、中国气象局气象干部培训学院湖南分院、常德市临澧县气象局。本文件主要起草人：韩沁哲、范嘉智、刘海磊、邵佳丽、袁小康、陈磊士、何炳伟、隋兵。DB 43/T 26432023 1 南方地表高温遥感监测评估方法 1 范围 本文件规定了南方地表高温卫星遥感监测评估的数据要求、地表温度反演方法和评估指标。本文件适用于气象、农业、水利等部门应用卫星遥感技术对南方地表高温的评估与研究等。2 规范性引用文件 下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。QX/T 250-2014 气象卫星产品术语 QX/T 280-2015 极端高温监测指标 3 术语和定义 下列术语和定义适用于本文件。亮度温度 temperature of brightness blackbody 基于红外通道辐射值，通过普朗克函数处理转换成的等效黑体温度。来源：QX/T 2502014,定义5.3 注：单位为开尔文（K）。地表温度（LST）Land Surface Temperature 地表温度是指陆地最表层的热动力学温度，太阳的热能通过辐射到达地面后，一部分被地面吸收，使地面增热，地面再通过辐射、传导和对流把热能传给空气；也可称为裸露土壤表面的温度（即0 cm温度）。过境时间 acquisition time 所采用遥感影像的卫星过顶时间。高温 high temperature 最高气温大于或等于某一限定值的现象。来源：QX/T 2802015,定义2.5 极端阈值 extreme threshold value 某统计量达到极端状况的临界值。极端高温采用第95百分位数作为极端阈值。来源：QX/T 2802015,定义2.3 气候标准期 climatological standard period DB 43/T 26432023 2 用于计算局地气候状态的最近三个连续整年代。示例：1981-2010年为2011-2020年所使用的气候标准期。本标准由于卫星数据的时间序列局限性，因此取最近两个连续整年代2002-2021年。来源：QX/T 2802015,定义2.1 百分位数 percentile 将一组数据按从小到大或者从大到小排序，并计算相应的累计百分位，某一百分位所对应数据的值称为这一百分位的百分位数。来源：QX/T 2802015,定义2.2 城市热岛（UHI）Urban Heat Island 城市热岛是指一个地区（主要指城区内）的环境温度高于周边郊区的现象，可以用两个代表性测点的气温差值（城市中某地温度与郊区气象测点温度的差值）表示。本标准中的城市热岛是指卫星遥感监测的地表热岛（Surface Urban Heat Island），即利用热红外遥感反演的城区与郊区地表温度差值来表示。4 数据要求 选择具有10.4m12.5m热红外测温波段（单通道或多通道）的卫星遥感影像。数据预处理步骤包括：a)卫星数据的几何校正和辐射校正；b)地图投影变换；c)目标区云覆盖判识，数据异常值判别；d)标记云干扰区和异常值区，然后剔除异常值像元。5 地表温度反演方法 单通道算法 将热红外测温波段反演的亮度温度与过境时间气象台站实测地表温度用最小二乘法进行线性回归，获得亮度温度与地表温度的计算公式。=0+1 (1)式中：地表温度；0，1回归系数；亮度温度。分裂窗算法 将不同波段的亮度温度与过境时间气象台站实测地表温度用最小二乘法进行线性回归，获得热红外测温波段算法的地表温度计算公式。=0+11+22+(2)式中：地表温度；0，1，2，回归系数；1，2，各通道的亮度温度。最高地表温度计算 DB 43/T 26432023 3 5.3.1 极轨气象卫星影像处理步骤 a)按 4 的预处理步骤对影像进行处理；b)利用 5.1-5.2 地表温度反演方法，计算单时次地表温度；c)寻找与卫星格点数据最接近的国家气象站，根据最近邻原则，建立气象站点日最高地表温度与卫星过境同时次的地表温度的回归模型；d)利用回归模型和单时次地表温度计算日最高地表温度。5.3.2 静止气象卫星影像处理步骤 a)按 4 的预处理步骤对影像进行处理；b)利用 5.1-5.2 地表温度反演方法，计算逐小时地表温度；c)逐格点计算当日地表温度最大值。6 评估指标 日尺度的地表高温指标计算 计算评估区域内最高地表温度45的像元数，然后除以有效值区域（非云、非异常值、非空值）的像元数，所得到的百分比值，定义为日尺度的地表高温评价指标。=100%(3)式中：像元数百分比，单位为%；最高地表温度45的像元数；有效值区域（非云、非异常值、非空值）的像元数。月/年尺度的地表高温极端阈值计算 利用百分位法建立月/年尺度的极端地表高温评价指标。月尺度地表高温极端阈值：采用一个气候标准期内（本标准取2002-2021年）逐日最高地表温度计算逐年每月最高地表温度和逐年每月次高地表温度，对各月分别进行从小到大排序，取第95百分位数定义为月尺度极端地表高温的异常偏高阈值，取第80百分位数定义为月尺度极端地表高温的偏高阈值。年尺度地表高温极端阈值，采用一个气候标准期内（本标准取2002-2021年）逐日最高地表温度计算出逐年最高地表温度和逐年次高地表温度，进行从小到大排序，取第95百分位数定义为年尺度极端地表高温的异常偏高阈值，取第80百分位数定义为年尺度极端地表高温的偏高阈值。评估指标 6.3.1 日尺度卫星数据的地表高温等级划分 将6.1计算出的日尺度地表高温评价指标，划分为三个等级，并分别以黄色、橙色、红色表示。该指标适用于每年4-10月，云区面积百分比小于45%的情况下进行高温评估，便于发布当天的地表高温监测产品。DB 43/T 26432023 4 表1 日尺度地表高温等级划分（单位：%）地表高温等级 像元数百分比 黄色 35%，55%）橙色 55%，80%）红色 80%6.3.2 月/年尺度卫星数据的极端地表高温等级划分 基于2002-2021年的地表温度数据，根据6.2计算出湖南省月尺度和年尺度的极端地表高温阈值。利用月/年地表高温最大值，对比以下阈值，确认月/年极端地表高温的等级。表2 月/年地表高温评价指标和等级（单位：）等级 年 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 正常 39.3 43.5 45.3 53.2 59.4 61.2 61.6 62.5 60.0 56.5 47.3 37.5 62.8 偏高 39.3，41.7）43.5，45.0）45.3，47.5）53.2，55.3）59.4，61.2）61.2，61.9）61.6，63.7）62.5，64.1）60.0，61.3）56.5，60.5）47.3，50.5）37.5，38.7）62.8，64.1）异常偏高 41.7 45.0 47.5 55.3 61.2 61.9 63.7 64.1 61.3 60.5 50.5 38.7 64.1 6.3.3 城市地表高温评估指标 城市热岛等级划分的计算方法见附录A和附录B。DB 43/T 26432023 5 A A 附录A （规范性）城市热岛等级划分 参考国家卫星气象中心发布的城市热岛卫星遥感监测评估技术导则，采用城市热岛强度指数（）划分城市热岛等级。在不受城市热岛影响的郊区绿地设置多个样本点，获取其亮度温度的平均值，作为计算城市与郊区温差的背景，计算公式如下：=11(A.1)式中：为图像上第 i 个像元所对应的热岛强度；是第 i 个像元地表温度；为郊区内的有效像元数；为郊区内的地表温度。为比较热岛程度，按不同时间尺度把地表城市热岛强度划分为7个等级：强冷岛、较强冷岛、弱冷岛、无热岛、弱热岛、较强热岛和强热岛，分别赋值为1、2、3、4、5、6和7，具体等级划分参见表3。表A.1 遥感地表城市热岛强度 UHII 划分及含义 等级 热岛强度UHII（日）热岛强度UHII（月、季、年平均）含义 1-7.0 7.0 5.0 强热岛 DB 43/T 26432023 6 B B 附录B （规范性）区域城市热岛评估 参考国家卫星气象中心发布的 城市热岛卫星遥感监测评估技术导则，采用热岛比例指数（）定量评估区域城市热岛效应的强弱。是城市建成区内城区温度高于郊区温度的不同等级热岛强度的面积加权和，是反映区域内不同等级热岛强度与范围的一个综合定量指标，计算公式如下：=11001 (B.1)式中：为热岛强度等级数；i为城区温度高于郊区温度等级序号；n为城区温度高于郊区温度的等级数；为第i级的权重，取等级值；为第i级所占的面积百分比，数值为0100。值在01.0之间，该值越大，热岛现象越严重。其值为0时，表明没有热岛现象，值为1时，表明处于强热岛范围。由附录A定义的热岛强度等级可知，=7,n=3，i为热岛强度等级序号值5、6、7。表B.1 区域城市热岛评估等级划分标准 等级 热岛比例指数（UHPI）等级含义 1 0，0.2 轻微或无 2(0.2，0.4 较轻 3(0.4，0.6 一般 4(0.6，0.8 较严重 5(0.8，1.0 严重 DB 43/T 26432023 7 参考文献 1 GB/T 29457-2012 高温热浪等级 2 GB/T 35562-2017 气温评价等级 3 QX/T 116-2010 重大气象灾害应急响应启动等级 4 QX/T 228-2014 区域性高温天气过程等级划分 5 QX/T 302-2015 极端低温监测指标 6 DB35/T 1674-2017 城市热岛效应监测技术规范 7 气测函2019103号文 城市热岛卫星遥感监测评估技术导则 8 湘气办发20221号文湖南省气象局办公室关于印发省级气象灾害预警技术标准