Retrieving Soil and Vegetation Temperatures From Dual-Angle and Multipixel Satellite Observations
Creators
- 1. Aerospace Information Research Institute
- 2. Chinese Academy of Sciences
- 3. State Key Laboratory of Remote Sensing Science
- 4. Karlsruhe Institute of Technology
- 5. Shandong University of Science and Technology
- 6. Peking University
Description
Land surface component temperatures (LSCTs), i.e., the temperatures of soil and vegetation, are important parameters in many applications, such as estimating evapotranspiration and monitoring droughts. However, the multiangle algorithm is affected due to different spatial resolution between nadir and oblique views. Therefore, we propose a combined retrieval algorithm that uses dual-angle and multipixel observations together. The sea and land surface temperature radiometer onboard ESA's Sentinel-3 satellite allows for quasi-synchronous dual-angle observations, from which LSCTs can be retrieved using dual-angle and multipixel algorithms. The better performance of the combined algorithm is demonstrated using a sensitivity analysis based on a synthetic dataset. The spatial errors in the oblique view due to different spatial resolution can reach 4.5 K and have a large effect on the multiangle algorithm. The introduction of multipixel information in a window can reduce the effect of such spatial errors, and the retrieval results of LSCTs can be further improved by using multiangle information for a pixel. In the validation, the proposed combined algorithm performed better, with LSCT root mean squared errors of 3.09 K and 1.91 K for soil and vegetation at a grass site, respectively, and corresponding values of 3.71 K and 3.42 K at a sparse forest site, respectively. Considering that the temperature differences between components can reach 20 K, the results confirm that, in addition to a pixel-average LST, the combined retrieval algorithm can provide information on LSCTs. This article demonstrates the potential of utilizing additional information sources for better LSCT results, which makes the presented combined strategy a promising option for deriving large-scale LSCT products.
Translated Descriptions
Translated Description (Arabic)
تعد درجات حرارة مكونات سطح الأرض (LSCTs)، أي درجات حرارة التربة والغطاء النباتي، معايير مهمة في العديد من التطبيقات، مثل تقدير التبخر والنتح ومراقبة الجفاف. ومع ذلك، تتأثر الخوارزمية متعددة الزوايا بسبب الدقة المكانية المختلفة بين مناظر الحضيض والمناظر المائلة. لذلك، نقترح خوارزمية استرجاع مشتركة تستخدم ملاحظات ثنائية الزاوية ومتعددة البكسل معًا. يسمح المقياس الإشعاعي لدرجة حرارة سطح البحر واليابسة على متن القمر الصناعي Sentinel -3 التابع لوكالة الفضاء الأوروبية بإجراء عمليات رصد ثنائية الزاوية شبه متزامنة، والتي يمكن من خلالها استرجاع LSCTs باستخدام خوارزميات ثنائية الزاوية ومتعددة البكسل. يتم عرض الأداء الأفضل للخوارزمية المدمجة باستخدام تحليل الحساسية بناءً على مجموعة بيانات اصطناعية. يمكن أن تصل الأخطاء المكانية في العرض المائل بسبب الدقة المكانية المختلفة إلى 4.5 كلفن ويكون لها تأثير كبير على الخوارزمية متعددة الزوايا. يمكن أن يقلل إدخال معلومات متعددة البكسل في النافذة من تأثير هذه الأخطاء المكانية، ويمكن تحسين نتائج استرجاع LSCTs بشكل أكبر باستخدام معلومات متعددة الزوايا للبكسل. في التحقق من الصحة، كان أداء الخوارزمية المدمجة المقترحة أفضل، حيث بلغ متوسط جذر LSCT التربيعي 3.09 كلفن و 1.91 كلفن للتربة والغطاء النباتي في موقع العشب، على التوالي، والقيم المقابلة 3.71 كلفن و 3.42 كلفن في موقع غابة متناثر، على التوالي. بالنظر إلى أن اختلافات درجة الحرارة بين المكونات يمكن أن تصل إلى 20 كلفن، تؤكد النتائج أنه بالإضافة إلى متوسط البكسل LST، يمكن لخوارزمية الاسترجاع المجمعة أن توفر معلومات عن LSCTs. توضح هذه المقالة إمكانية استخدام مصادر معلومات إضافية للحصول على نتائج أفضل لـ LSCT، مما يجعل الاستراتيجية المجمعة المقدمة خيارًا واعدًا لاستخلاص منتجات LSCT واسعة النطاق.Translated Description (French)
Les températures des composants de surface du sol (LSCT), c'est-à-dire les températures du sol et de la végétation, sont des paramètres importants dans de nombreuses applications, telles que l'estimation de l'évapotranspiration et la surveillance des sécheresses. Cependant, l'algorithme multiangle est affecté en raison de la résolution spatiale différente entre les vues nadir et obliques. Par conséquent, nous proposons un algorithme de récupération combiné qui utilise des observations à double angle et multipixel ensemble. Le radiomètre de température de surface de la mer et de la terre à bord du satellite Sentinel-3 de l'ESA permet des observations quasi-synchrones à double angle, à partir desquelles les LSCT peuvent être récupérées à l'aide d'algorithmes à double angle et multipixels. La meilleure performance de l'algorithme combiné est démontrée à l'aide d'une analyse de sensibilité basée sur un ensemble de données synthétiques. Les erreurs spatiales dans la vue oblique dues à une résolution spatiale différente peuvent atteindre 4,5 K et avoir un effet important sur l'algorithme multiangle. L'introduction d'informations multipixels dans une fenêtre peut réduire l'effet de telles erreurs spatiales, et les résultats de récupération des LSCT peuvent être encore améliorés en utilisant des informations multiangulaires pour un pixel. Dans la validation, l'algorithme combiné proposé a donné de meilleurs résultats, avec des erreurs quadratiques moyennes LSCT de 3,09 K et 1,91 K pour le sol et la végétation sur un site herbeux, respectivement, et des valeurs correspondantes de 3,71 K et 3,42 K sur un site forestier clairsemé, respectivement. Considérant que les différences de température entre les composants peuvent atteindre 20 K, les résultats confirment qu'en plus d'un LST moyen en pixels, l'algorithme de récupération combiné peut fournir des informations sur les LSCT. Cet article démontre le potentiel de l'utilisation de sources d'informations supplémentaires pour de meilleurs résultats LSCT, ce qui fait de la stratégie combinée présentée une option prometteuse pour dériver des produits LSCT à grande échelle.Translated Description (Spanish)
Las temperaturas de los componentes de la superficie terrestre (LSCT), es decir, las temperaturas del suelo y la vegetación, son parámetros importantes en muchas aplicaciones, como la estimación de la evapotranspiración y el monitoreo de las sequías. Sin embargo, el algoritmo multiángulo se ve afectado debido a la diferente resolución espacial entre las vistas nadir y oblicua. Por lo tanto, proponemos un algoritmo de recuperación combinado que utiliza observaciones de doble ángulo y multipíxel juntas. El radiómetro de temperatura de la superficie del mar y de la tierra a bordo del satélite Sentinel-3 de la esa permite observar con un ángulo dual casi síncrono, a partir del cual se pueden recuperar los LSCT utilizando algoritmos de ángulo dual y multipíxel. El mejor rendimiento del algoritmo combinado se demuestra mediante un análisis de sensibilidad basado en un conjunto de datos sintéticos. Los errores espaciales en la vista oblicua debido a la diferente resolución espacial pueden alcanzar los 4,5 K y tener un gran efecto en el algoritmo multiángulo. La introducción de información multipíxel en una ventana puede reducir el efecto de dichos errores espaciales, y los resultados de recuperación de LSCT se pueden mejorar aún más mediante el uso de información multiángulo para un píxel. En la validación, el algoritmo combinado propuesto tuvo un mejor desempeño, con errores cuadráticos medios de LSCT de 3.09 K y 1.91 K para el suelo y la vegetación en un sitio de pasto, respectivamente, y valores correspondientes de 3.71 K y 3.42 K en un sitio de bosque escaso, respectivamente. Teniendo en cuenta que las diferencias de temperatura entre los componentes pueden alcanzar los 20 K, los resultados confirman que, además de un LST promedio de píxeles, el algoritmo de recuperación combinado puede proporcionar información sobre los LSCT. Este artículo demuestra el potencial de utilizar fuentes de información adicionales para obtener mejores resultados de LSCT, lo que hace que la estrategia combinada presentada sea una opción prometedora para derivar productos de LSCT a gran escala.Files
09198096.pdf.pdf
Files
(245 Bytes)
Name | Size | Download all |
---|---|---|
md5:bf551f92ef23a92c4ea5f8d09eb6bdb6
|
245 Bytes | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- استرجاع درجات حرارة التربة والغطاء النباتي من ملاحظات الأقمار الصناعية ثنائية الزاوية ومتعددة البكسل
- Translated title (French)
- Récupération des températures du sol et de la végétation à partir d'observations satellitaires à double angle et multipixel
- Translated title (Spanish)
- Recuperación de las temperaturas del suelo y la vegetación a partir de observaciones satelitales de doble ángulo y multipíxel
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W3089548505
- DOI
- 10.1109/jstars.2020.3024190
References
- https://openalex.org/W1490845441
- https://openalex.org/W1512208174
- https://openalex.org/W1560425405
- https://openalex.org/W1892481930
- https://openalex.org/W1969801270
- https://openalex.org/W1970713937
- https://openalex.org/W1982109619
- https://openalex.org/W1991459895
- https://openalex.org/W2002042063
- https://openalex.org/W2005471402
- https://openalex.org/W2007874175
- https://openalex.org/W2009619252
- https://openalex.org/W2011195592
- https://openalex.org/W2013957999
- https://openalex.org/W2032571483
- https://openalex.org/W2066182743
- https://openalex.org/W2086904917
- https://openalex.org/W2091397530
- https://openalex.org/W2103541076
- https://openalex.org/W2107440990
- https://openalex.org/W2113034257
- https://openalex.org/W2119204870
- https://openalex.org/W2127927874
- https://openalex.org/W2140095899
- https://openalex.org/W2146775950
- https://openalex.org/W2147611675
- https://openalex.org/W2155897273
- https://openalex.org/W2161005057
- https://openalex.org/W2169278316
- https://openalex.org/W2169447826
- https://openalex.org/W2271610084
- https://openalex.org/W2316214352
- https://openalex.org/W2324407828
- https://openalex.org/W2341121466
- https://openalex.org/W2744957585
- https://openalex.org/W2744996510
- https://openalex.org/W2792455434
- https://openalex.org/W2900837234
- https://openalex.org/W2912214348
- https://openalex.org/W2913989958
- https://openalex.org/W2919424886
- https://openalex.org/W2952964073
- https://openalex.org/W2963663407
- https://openalex.org/W2969292133
- https://openalex.org/W2990076004
- https://openalex.org/W2991006026
- https://openalex.org/W2994651441
- https://openalex.org/W2996725472
- https://openalex.org/W3003236573
- https://openalex.org/W3034798086
- https://openalex.org/W3048302773