基于增强时变参数几何模型的MODIS城市地表温度角度效应校正研究

《Remote Sensing of Environment》：Correcting angular effects on MODIS LST in urban areas using an enhanced time-evolving parametric geometric model

本研究提出GUTA-ATCE模型，通过融合时变几何模型（GUTA-T）与增强年温度循环模型（ATCE），实现了城市地表温度（LST）观测中角度效应的动态校正。该框架利用气象参数和植被指数动态归一化多时相LST数据，显著提升了MODIS LST产品的时空可比性（R达0.98，RMSE～2.35 K），为高分辨率城市气候微尺度分析提供了可迁移解决方案。

　　

Highlight

模型参数与建筑几何形态的关系

图3(a～c)展示了模型参数（a_sw-ig、a_w和a_sg-ig）与高宽比（h/w）的关联性。研究发现，所有参数均随h/w比值的增大而上升。参数a_sw-ig代表零太阳天顶角（θ_S=0°）时阴影墙面与受照地面的温差，该差值随h/w增加而减小——因为高层建筑形成的狭窄街道会通过墙面间多次反射和局地天空可视因子降低，增强辐射捕获效应。

其他气象参数的考量

虽然城市热辐射各向异性（UTA）主要受地表几何形态和材料属性驱动，但气象条件会显著调节其强度与时空动态。强太阳辐射会加剧屋顶、墙面、街道等构件间的温度差异，而风速则通过调控表面对流换热，削弱各向异性表现。本研究通过ATCE模型整合气温、湿度、辐射等多源气象数据，使GUTA-ATCE能够动态响应天气变化，实现瞬时角度效应的精准模拟。

结论

GUTA-ATCE模型通过将气象与植被指标参数化融入LST_nadir计算，突破了传统方法将天顶角温度视为静态未知量的局限。多源验证表明，该模型在捕捉建筑密度、高宽比等空间异质性引发的UTA模式时表现卓越（RMSE=2.32–2.60 K，R>0.97），其动态参数化策略为跨气象条件的瞬时卫星观测校正提供了新范式。