The land surface temperature (LST) can be defined as a weighted average temperature of components which constitute a pixel. The coefficients of split-window algorithm for MTSAT-1R were obtained by means of a statistical regression analysis from radiative transfer simulations using MODTRAN 4.0 for a wide range of atmospheric, satellite viewing angle (SVA) and lapse rate conditions. 6 types of atmospheric profile data imbedded in the MODTRAN 4 are used for the radiative transfer simulations. The RMSE is clearly larger on warm and humid profiles than cold and dry profiles, especially when the satellite viewing angle and lapse rate are large. The derivation of LST equations according to the atmospheric profiles clearly decreased the RMSE without regard to the SVA and lapse rate. The bias and RMSE are decreased as the more controls factors included. This preliminary result indicates that the characteristics of atmosphere, SVA and lapse rate should be included in the LST equation.
The land surface temperature (LST) can be defined as a weighted average temperature of components which constitute a pixel. The coefficients of split-window algorithm for MTSAT-1R were obtained by means of a statistical regression analysis from radiative transfer simulations using MODTRAN 4.0 for a wide range of atmospheric, satellite viewing angle (SVA) and lapse rate conditions. 6 types of atmospheric profile data imbedded in the MODTRAN 4 are used for the radiative transfer simulations. The RMSE is clearly larger on warm and humid profiles than cold and dry profiles, especially when the satellite viewing angle and lapse rate are large. The derivation of LST equations according to the atmospheric profiles clearly decreased the RMSE without regard to the SVA and lapse rate. The bias and RMSE are decreased as the more controls factors included. This preliminary result indicates that the characteristics of atmosphere, SVA and lapse rate should be included in the LST equation.
This report summarizes the results of MODTRAN model that are used for the calculation of input radiance of the KOMPSAT-2 Multispectral Camera (MSC). We have calculated the input radiances for four months: January 15, April 15, July 15 and October 15. Annual averages are the arithmetic mean of results from four months. We used the mid-latitude winter and summer for the month of January and July, respectively, while US standard atmospheres are used for April and October. The orbital characteristics of KOMPSAT-2 and the seasonal variations of solar zenith angle over the Korean peninsula were incorporated as inputs to the model. The tropospheric aerosol extinction (visibility = 50 km) was assumed. The surface albedo used in the model calculation represents the global annual mean clear-sky albedo. MSC contract values are found to be considerably greater in the MSC spectral range than the total radiances calculated with the above general conditions. From these results, it can be inferred that the forthcoming MSC images would be somewhat dark. We certainly need a countermeasure for this issue.
We have performed the calculation of total radiances for the KOMPSAT-2 Multispectral Camera (MSC) using a radiative transfer model of MODTRAN and examined its results. To simulate four seasonal conditions in the model calculation, we used model atmospheres of mid-latitude winter and summer for calculations of January 15 and July 15, and US standard for April 15 and October 15, respectively. Orbital parameters of KOMPSAT-2 and the seasonal solar zenith angles were taken into account. We assumed that the meteorological range is the tropospheric aerosol extinction of 50 km and surface albedo is the global average of clear-sky albedo of 0.135. MSC contract values are found to be considerably greater in the MSC spectral range than the total radiances calculated with the above general conditions. It is also shown that the spectral behavior of model results with the constant surface albedo differs from the pattern of MSC contract values. From these results, it can be inferred that the forthcoming MSC images would be somewhat dark.
The land surface temperature (LST) derived from the meteorological satellite can be used to investigate the urban heat island (UHI) and its temporal variations. In this study, we developed LST retrieval algorithm from MTSAT-1R by means of a statistical regression analysis from radiative transfer simulations using MODTRAN 4 for a wide range of atmospheric, satellite viewing angle (SVA) and lapse rate conditions. 535 sets of thermodynamic initial guess retrieval (TIGR) were used for the radiative transfer simulations. Sensitivity and intercomparison results showed that the algorithm, developed in this study, estimated the LST with a similar bias and root mean square errors to that of other algorithms. The magnitude, spatial extent, and seasonal and diurnal variations of the UBI of Korean peninsula were well demonstrated by the LST derived from MTSAT-1R data. In general, the temporal variations of UHI clearly depend on the weather conditions and geographic environment of urban.
Land surface temperature (LST) is a key environmental variable in a wide range of applications, such as weather, climate, hydrology, and ecology. However, LST is one of the most difficult surface variables to observe regularly due to the strong spatio-temporal variations. So, we have developed the LST retrieval algorithm from COMS (Communication, Ocean and Meteorological Satellite) data through the radiative transfer simulations under various atmospheric profiles (TIGR data), satellite zenith angle (SZA), spectral emissivity, and surface lapse rate conditions using MODTRAN 4. However, the LST retrieval algorithm has a tendency to overestimate and underestimate the LST for surface inversion and superadiabatic conditions, respectively. To minimize the overestimation and underestimation of LST, we also developed day/night LST algorithms separately based on the surface lapse rate (local time) and recalculated the final LST by using the weighted sum of day/night LST. The analysis results showed that the quality of weighted LST of day/night algorithms is greatly improved compared to that of LST estimated by original algorithm regardless of the surface lapse rate, spectral emissivity difference (${\Delta}{\varepsilon}$) SZA, and atmospheric conditions. In general, the improvements are greatest when the surface lapse rate and ${\Delta}{\varepsilon}$ are negatively large (strong inversion conditions and less vegetated surface).
For the purpose of investigating the contributions of various gases to climate change, the thermal radiation associated with greenhouse gases are extracted from AIRS (Atmospheric Infrared Sounder) infrared radiances over the tropical pacific region. AIRS instrument which was launched on the EOS-Aqua satellite in May 2002 covers the spectral range from 650 cm-1 to 2700 cm-1 with a spectral resolution of between 0.4 cm-1 and 1 cm-1. In order to extract the thermal radiation absorbed by individual gases, the interfering background radiances at the top of the atmosphere are simulated using the radiative transfer code MODTRAN (MODerate spectral resolution atmospheric TRANsmittance). The simulations incorporated the temperature and water vapor profiles taken from NCEP (National Centers for Environmental Prediction) reanalyses. The differences between the simulated background radiance and AIRS-measured radiance result in the absorption of upward longwave radiation by atmospheric gases (i.e. greenhouse effect). The extracted absorption bands of individual gases will allow us to quantify the radiative forcing of individual greenhouse gases and thus those data will be useful for climate change studies and for the validation of radiative transfer codes used in general circulation models.
Land surface Temperature (LST) is a very useful surface parameter for the wide range of applications, such as agriculture, numerical and climate modelling community. Whereas operational observation of LST is far from the needs of application community in the spatial Itemporal resolution and accuracy. So, we developed split-window type LST retrieval algorithm to estimate the LST from MTSAT-IR data. The coefficients of split-window algorithm were obtained by means of a statistical regression analysis from the radiative transfer simulations using MODTRAN 4 for wide range of atmospheric profiles, satellite zenith angle and lapse rate conditions including the surface inversions. The sensitivity analysis showed that the LST algorithm reproduces the LST with a reasonable quality. However, the LST algorithm overestimates and underestimates for the strong surface inversion and superadiabatic conditions especially for the warm temperature, respectively. And the performance of LST algorithms is superior when satellite zenith angle is small. The accuracy of the retrieved LST has been evaluated with the Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) LST data. The validation results showed that the correlation coefficients and RMSE are about 0.83${\sim}$0.98 and 1.38${\sim}$4.06, respectively. And the quality of LST is significantly better during night and winter time than during day and summer. The validation results showed that the LST retrieval algorithm could be used for the operational retrieval of LST from MTSAT-IR and COMS(Communication, Ocean and Meteorological Satellite) data with some modifications.
An attempt to derive the surface temperature from the Korea Multi-purpose Satellite (KOMPSAT)-3A mid-wave infrared (MWIR) data acquired over the southern California on Nov. 14, 2015 has been made using the MODerate resolution atmospheric TRANsmission (MODTRAN) radiative transfer model. Since after the successful launch on March 25, 2015, the KOMPSAT-3A spacecraft and its two payload instruments - the high-resolution multispectral optical sensor and the scanner infrared imaging system (SIIS) - continue to operate properly. SIIS uses the MWIR spectral band of 3.3-5.2 ㎛ for data acquisition. As input data for the realistic simulation of the KOMPSAT-3A SIIS imaging conditions in the MODTRAN model, we used the National Centers for Environmental Prediction (NCEP) atmospheric profiles, the KOMPSAT-3Asensor response function, the solar and line-of-sight geometry, and the University of Wisconsin emissivity database. The land cover type of the study area includes water,sand, and agricultural (vegetated) land located in the southern California. Results of surface temperature showed the reasonable geographical pattern over water, sand, and agricultural land. It is however worthwhile to note that the surface temperature pattern does not resemble the top-of-atmosphere (TOA) radiance counterpart. This is because MWIR TOA radiances consist of both shortwave (0.2-5 ㎛) and longwave (5-50 ㎛) components and the surface temperature depends solely upon the surface emitted radiance of longwave components. We found in our case that the shortwave surface reflection primarily causes the difference of geographical pattern between surface temperature and TOA radiance. Validation of the surface temperature for this study is practically difficult to perform due to the lack of ground truth data. We therefore made simple comparisons with two datasets over Salton Sea: National Aeronautics and Space Administration (NASA) Jet Propulsion Laboratory (JPL) field data and Salton Sea data. The current estimate differs with these datasets by 2.2 K and 1.4 K, respectively, though it seems not possible to quantify factors causing such differences.
지표면의 파장별 방출율을 알고 있다는 가정하에 대기의 흡수효과가 상이한 두 파장역을 이용하여 대기효과를 보정해주는 일반적인 분리대기창(Generalized Split-Window) 방법으로 MTSAT-1R 자료로부터 지표면 온도(LST) 산출 알고리즘을 개발하였다. 지표면온도 산출 회귀식은 대기복사전달모델 MODTRAN4.0으로 위성으로부터 LST를 산출하는데 영향을 주는 여러 가지 요소(주/야간,수증기, 방출율,위성관측각 등)들을 고려하여 모의된 자료로부터 도출하였다. 개발한 LST 산출알고리즘의 수준을 분석하기 위해 MSGl SEVIRI 센서에 적합하도록 개 발된 Sobrino and Romaguera(2004)의 알고리즘과 GMS-5 VISSR 센서에 적합하도록 개발된 Prata and Cechet(1999)의 알고리즘과 비교하였다. 3 알고리즘을 MTSAT-1R 자료에 적용하여 LST를 산출한 결과 LST의 공간분포는 정성적으로 서로 유사하게 나타났으나,정량적으로는 지리적 위치,계절 및 주간/야간에 따라서 LST가 다르게 나타났다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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