ICS07.060

CCSA47

43

湖南省地方標準

DB43/T2643—2023

南方地表高溫遙感監(jiān)測評估方法

Satellitebasedremotesensingmonitoringandevaluationmethods

ofhighlandsurfacetemperatureinSouthChina

2023-06-26發(fā)布2023-09-26實施

湖南省市場監(jiān)督管理局發(fā)布

DB43/T2643—2023

目次

前言...............................................................................III

1范圍..............................................................................1

2規(guī)范性引用文件....................................................................1

3術語和定義........................................................................1

4數據要求..........................................................................2

5地表溫度反演方法..................................................................2

6評估指標..........................................................................3

附錄A（規(guī)范性）城市熱島等級劃分....................................................5

附錄B（規(guī)范性）區(qū)域城市熱島評估....................................................6

參考文獻.............................................................................7

I

DB43/T2643—2023

前言

本文件按照GB/T1.1—2020《標準化工作導則第1部分：標準化文件的結構和起草規(guī)則》的規(guī)定

起草。

請注意本文件的某些內容可能涉及專利。本文件的發(fā)布機構不承擔識別專利的責任。

本文件由湖南省氣象局提出。

本文件由湖南省氣象標準化技術委員會歸口。

本文件起草單位：湖南省氣象科學研究所、成都信息工程大學、國家衛(wèi)星氣象中心、中國氣象局氣

象干部培訓學院湖南分院、常德市臨澧縣氣象局。

本文件主要起草人：韓沁哲、范嘉智、劉海磊、邵佳麗、袁小康、陳磊士、何炳偉、隋兵。

III

DB43/T2643—2023

南方地表高溫遙感監(jiān)測評估方法

1范圍

本文件規(guī)定了南方地表高溫衛(wèi)星遙感監(jiān)測評估的數據要求、地表溫度反演方法和評估指標。

本文件適用于氣象、農業(yè)、水利等部門應用衛(wèi)星遙感技術對南方地表高溫的評估與研究等。

2規(guī)范性引用文件

下列文件中的內容通過文中的規(guī)范性引用而構成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，

僅該日期對應的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本

文件。

QX/T250-2014氣象衛(wèi)星產品術語

QX/T280-2015極端高溫監(jiān)測指標

3術語和定義

下列術語和定義適用于本文件。

亮度溫度temperatureofbrightnessblackbody

基于紅外通道輻射值，通過普朗克函數處理轉換成的等效黑體溫度。

來源：[QX/T250—2014,定義5.3]

注：單位為開爾文（K）。

地表溫度（LST）LandSurfaceTemperature

地表溫度是指陸地最表層的熱動力學溫度，太陽的熱能通過輻射到達地面后，一部分被地面吸收，

使地面增熱，地面再通過輻射、傳導和對流把熱能傳給空氣；也可稱為裸露土壤表面的溫度（即0cm溫

度）。

過境時間acquisitiontime

所采用遙感影像的衛(wèi)星過頂時間。

高溫hightemperature

最高氣溫大于或等于某一限定值的現象。

來源：[QX/T280—2015,定義2.5]

極端閾值extremethresholdvalue

某統(tǒng)計量達到極端狀況的臨界值。極端高溫采用第95百分位數作為極端閾值。

來源：[QX/T280—2015,定義2.3]

氣候標準期climatologicalstandardperiod

1

DB43/T2643—2023

用于計算局地氣候狀態(tài)的最近三個連續(xù)整年代。

示例：1981-2010年為2011-2020年所使用的氣候標準期。

本標準由于衛(wèi)星數據的時間序列局限性，因此取最近兩個連續(xù)整年代2002-2021年。

來源：[QX/T280—2015,定義2.1]

百分位數percentile

將一組數據按從小到大或者從大到小排序，并計算相應的累計百分位，某一百分位所對應數據的值

稱為這一百分位的百分位數。

來源：[QX/T280—2015,定義2.2]

城市熱島（UHI）UrbanHeatIsland

城市熱島是指一個地區(qū)（主要指城區(qū)內）的環(huán)境溫度高于周邊郊區(qū)的現象，可以用兩個代表性測點

的氣溫差值（城市中某地溫度與郊區(qū)氣象測點溫度的差值）表示。本標準中的城市熱島是指衛(wèi)星遙感監(jiān)

測的地表熱島（SurfaceUrbanHeatIsland），即利用熱紅外遙感反演的城區(qū)與郊區(qū)地表溫度差值來

表示。

4數據要求

選擇具有10.4μm～12.5μm熱紅外測溫波段（單通道或多通道）的衛(wèi)星遙感影像。

數據預處理步驟包括：

a)衛(wèi)星數據的幾何校正和輻射校正；

b)地圖投影變換；

c)目標區(qū)云覆蓋判識，數據異常值判別；

d)標記云干擾區(qū)和異常值區(qū)，然后剔除異常值像元。

5地表溫度反演方法

單通道算法

將熱紅外測溫波段反演的亮度溫度與過境時間氣象臺站實測地表溫度用最小二乘法進行線性回歸，

獲得亮度溫度與地表溫度的計算公式。

=+····································································(1)

????????????????????

式中：????????????????0????1????????

——地表溫度；，——回歸系數；——亮度溫度。

????????分裂窗算法????????0????1????????

將不同波段的亮度溫度與過境時間氣象臺站實測地表溫度用最小二乘法進行線性回歸，獲得熱紅

外測溫波段算法的地表溫度計算公式。

=+++···················································(2)

????????????

式中：

????????????????0????1????????1????2????????2?????????????????????

——地表溫度；，，，——回歸系數；，，——各通道的亮度溫度。

????????最高地表溫度計算????????0????1????2????????????????1????????2????????????

2

DB43/T2643—2023

5.3.1極軌氣象衛(wèi)星影像處理步驟

a)按4的預處理步驟對影像進行處理；

b)利用5.1-5.2地表溫度反演方法，計算單時次地表溫度；

c)尋找與衛(wèi)星格點數據最接近的國家氣象站，根據最近鄰原則，建立氣象站點日最高地表溫度與

衛(wèi)星過境同時次的地表溫度的回歸模型；

d)利用回歸模型和單時次地表溫度計算日最高地表溫度。

5.3.2靜止氣象衛(wèi)星影像處理步驟

a)按4的預處理步驟對影像進行處理；

b)利用5.1-5.2地表溫度反演方法，計算逐小時地表溫度；

c)逐格點計算當日地表溫度最大值。

6評估指標

日尺度的地表高溫指標計算

計算評估區(qū)域內最高地表溫度≥45℃的像元數，然后除以有效值區(qū)域（非云、非異常值、非空值）

的像元數，所得到的百分比值，定義為日尺度的地表高溫評價指標。

=×100%································????···································(3)

????????????????????

????????????

式中：

——像元數百分比，單位為%；

——最高地表溫度≥45℃的像元數；

????

——有效值區(qū)域（非云、非異常值、非空值）的像元數。

????????????????????

????月????/年尺度的地表高溫極端閾值計算

利用百分位法建立月/年尺度的極端地表高溫評價指標。

月尺度地表高溫極端閾值：采用一個氣候標準期內（本標準取2002-2021年）逐日最高地表溫度計

算逐年每月最高地表溫度和逐年每月次高地表溫度，對各月分別進行從小到大排序，取第95百分位數定

義為月尺度極端地表高溫的異常偏高閾值，取第80百分位數定義為月尺度極端地表高溫的偏高閾值。

年尺度地表高溫極端閾值，采用一個氣候標準期內（本標準取2002-2021年）逐日最高地表溫度計

算出逐年最高地表溫度和逐年次高地表溫度，進行從小到大排序，取第95百分位數定義為年尺度極端地

表高溫的異常偏高閾值，取第80百分位數定義為年尺度極端地表高溫的偏高閾值。

評估指標

6.3.1日尺度衛(wèi)星數據的地表高溫等級劃分

將6.1計算出的日尺度地表高溫評價指標，劃分為三個等級，并分別以黃色、橙色、紅色表示。該

指標適用于每年4-10月，云區(qū)面積百分比小于45%的情況下進行高溫評估，便于發(fā)布當天的地表高溫監(jiān)

測產品。

3

DB43/T2643—2023

表1日尺度地表高溫等級劃分（單位：%）

地表高溫等級像元數百分比

黃色[35%，55%）

橙色[55%，80%）

紅色≥80%

6.3.2月/年尺度衛(wèi)星數據的極端地表高溫等級劃分

基于2002-2021年的地表溫度數據，根據6.2計算出湖南省月尺度和年尺度的極端地表高溫閾值。利

用月/年地表高溫最大值，對比以下閾值，確認月/年極端地表高溫的等級。

表2月/年地表高溫評價指標和等級（單位：℃）

等級年

123456789101112

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

[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

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）

異常偏

≥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

高

6.3.3城市地表高溫評估指標

城市熱島等級劃分的計算方法見附錄A和附錄B。

4

DB43/T2643—2023

A

A

附錄A

（規(guī)范性）

城市熱島等級劃分

參考國家衛(wèi)星氣象中心發(fā)布的《城市熱島衛(wèi)星遙感監(jiān)測評估技術導則》，采用城市熱島強度指數

（）劃分城市熱島等級。在不受城市熱島影響的郊區(qū)綠地設置多個樣本點，獲取其亮度溫度的平均

值，作為計算城市與郊區(qū)溫差的背景，計算公式如下：

????????????????

????????????????=····························································(A.1)

1????

式中：?????????????????????????????????∑1????????????????

為圖像上第i個像元所對應的熱島強度；

????????????是第????????i個像元地表溫度；

為郊區(qū)內的有效像元數；

????????

為郊區(qū)內的地表溫度。

????

為比較熱島程度，按不同時間尺度把地表城市熱島強度劃分為7個等級：強冷島、較強冷島、

????????????????

弱冷島、無熱島、弱熱島、較強熱島和強熱島，分別賦值為1、2、3、4、5、6和7，具體等級劃分參見

????????????????

表3。

表A.1遙感地表城市熱島強度UHII劃分及含義

等級熱島強度UHII（日）熱島強度UHII（月、季、年平均）含義

1<-7.0<－5.0強冷島

2[-7.0，-5.0][-5.0，-3.0]較強冷島

3(-5.0，-3.0](-3.0，-1.0]弱冷島

4(-3.0，3.0](-1.0，1.0]無熱島

5(3.0，5.0](1.0，3.0]弱熱島

6(5.0，7.0](3.0，5.0]較強熱島

7>7.0>5.0強熱島

5

DB43/T2643—2023

B

B

附錄B

（規(guī)范性）

區(qū)域城市熱島評估

參考國家衛(wèi)星氣象中心發(fā)布的《城市熱島衛(wèi)星遙感監(jiān)測評估技術導則》，采用熱島比例指數（）

定量評估區(qū)域城市熱島效應的強弱。是城市建成區(qū)內城區(qū)溫度高于郊區(qū)溫度的不同等級熱島強度

????????????????

的面積加權和，是反映區(qū)域內不同等級熱島強度與范圍的一個綜合定量指標，計算公式如下：

????????????????

=·····························································(B.1)

1????

100????1????????

式中：????????????????∑????????

為熱島強度等級數；

i為城區(qū)溫度高于郊區(qū)溫度等級序號；

????

n為城區(qū)溫度高于郊區(qū)溫度的等級數；

為第i級的權重，取等級值；

為第i級所占的面積百分比，數值為0～100。

????????

值在0～1.0之間，該值越