Оценка температуры поверхности из снимка Landsat-8 при помощи Land Surface Temperature QGIS Plugin

Цель статьи описать полный алгоритм оценки температуры земной поверхности по снимку Landsat-8 полуавтоматическим способом при помощи плагина QGIS "Land Surface Temperature", а также в целом рассмотреть процесс оценки температуры земной поверхности по данным Дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ). Статью можно рассматривать заготовкой к более обстоятельной статье на эту же тему, которой, впрочем, может и не быть. По важным вопросам приводится спектр мнений специалистов, из которых делаются выводы.

1.Какие данные ДЗЗ о температуре земной поверхности существуют в открытом доступе?

Температуру земной поверхности можно оценить по термальным спектральным каналам сенсора, то есть таким каналам, которые снимают земную поверхность в диапазоне Thermal Infrared Radiation (10-13 нм). Соответственно, эти каналы называются по-английски Thermal bands, TIRS Bands или Thermal Infrared bands.
Подробнее можно узнать в статье ДЗЗ для экологических задач. Часть 1: Введение в теорию ДЗЗ

Термальные каналы имеются лишь у некоторых сенсоров. Поэтому немного и данных ДЗЗ, по которым можно оценить температуру земной поверхности за наше время и за прошлый период. В целом, существующие данные можно разделить на два класса масштаба (в скобках указано число метров поверхности в 1 пикселе снимка для термальных каналов и годы получения данных):

Данные ДЗЗ температуры земной поверхности мелкого масштаба

• MODIS (500 и 1000 м, 2000 – н.в.), сенсоры спутников Terra, Aqua

Температуру земной поверхности можно получить в готовом виде через продукты "Thermal Anomalies and Fire". Подробнее: MODIS Products Table

• Suomi NPP (650 м, 2011 – н.в.)

Подробнее: Suomi NPP: краткая характеристика

Данные ДЗЗ температуры земной поверхности среднего масштаба

• ASTER (90 м, 2000 – н.в.), сенсор спутника Terra

Температуру земной поверхности можно получить в готовом виде через продукт AST_08 (ASTER L2 Surface Temperature V003). Подробнее: AST_08: ASTER Surface Kinetic Temperature V003

• Данные спутников Landsat:

Landsat-8 (100 м, 2013 – н.в.)
Landsat-7 (60 м, 1999- н.в.)
Landsat-5 (120 м, 1984-2013)

Для научных и практических исследований регионального масштаба наибольшую ценность представляют данные температуры земной поверхности среднего масштаба. На время написания статьи, Landsat-8 дает наилучшие данные о температуре земной поверхности среднего масштаба. В целом данные о температуре земной поверхности можно получить с 1984 года (года запуска Landsat-5).

В последние годы сенсор ASTER по неясным причинам значительно (вероятно, во много раз) сократил объем снимков. На многие или на все участки земной поверхности уже нельзя получить данные за любой интересующий период, наблюдаются провалы в несколько лет без снимков вообще. До 2013 г такого за данными ASTER не замечалось.

Снимки Landsat-7 с 31 мая 2003 г идут с дефектом, который не отражается на точности данных, но значительно сокращает их объем и снижает удобство их использования (усложняет обработку). Однако, разрешение термального канала Landsat-7 (60 м) при этом остается самым высоким из когда-либо существовавших в открытом доступе.

В статье мы рассмотрим расчет данных температуры земной поверхности только по снимкам Landsat-8. Изложенные ниже аспекты оценки температуры земной поверхности будут касаться только этих снимков.