Projekt:FE Auswerteverfahren 1/Oberflächentemperaturen/Smith 2007
Smith, J.A.; Chauhan, N.S.; Schmugge, T.J.; Ballard, J.R., Jr. (Artikel)
BearbeitenRemote sensing of land surface temperature: the directional viewingeffect. In: Geoscience and Remote Sensing, IEEE Transactions on; Juli 1997; Seite 972-974
Die Landoberflächentemperatur (LST - land surface temperature) ist ein wichtiger Parameter um den globalen Klimawandel zu verstehen. Sie steuert grundlegende Prozesse im Energiehaushalt der Erde und im Wärme- und Wassertransport zwischen Erdoberfläche und Atmosphäre. Das Ziel der Fernerkundung muss deshalb darin liegen, die LST mittels Satellitenmessungen etc. so genau wie möglich für verschiedene Raum- und Zeitskalen zu bestimmen. Dies ist gegenwärtig kaum realisierbar, da in die Messung der LST eine Vielzahl von Faktoren einfließen, welche berücksichtigt werden müssen. Neben den atmosphärischen Einflüssen, spielt auch der Mess- und Sonnenwinkel des Sensors eine bedeutende Rolle. Weitere Probleme resultieren aus der horizontalen und vertikalen räumlichen Heterogenität der Messdaten (sogenanntes "mixed pixel" -Problem).
In diesem Artikel beschreiben die Autoren den sogenannten "directional viewing effect", d.h den Einfluss des Sicht-/ Messwinkels des Sensors auf die Genauigkeit der LST - Messung. Um diesen Einfluss zu bestimmen, d.h. wie groß die Abweichung der gemessenen LST von der tatsächlichen ist, wurde die thermische Ausstrahlung von einer dicht (Fichtenwald) und einer relativ dünn (Maisfeld) bedeckten Oberfläche ermittelt und daraus der "directional viewing effect" abgeleitet. Neben Bestandsparametern (Rauigkeit, Bodenbedeckungsgrad etc.) flossen auch Bodenparameter und die Energiebilanz des Standortes in die Berechnung des Fehlerwertes ein. Dann wurde die LST unter verschiedenen Messwinkel und zu verschiedenen Tageszeiten gemessen und die Abweichung zur realen LST bestimmt und diese anschließend graphisch dargestellt.
Bei relativ geringem Bedeckungsgrad kam man zu dem Ergebnis, dass bei einem Winkel von ca. 50° vom Zentiwinkel die Abweichung der tatsächliche LST von der gemessene LST am minimalsten ist. Jedoch muss dabei beachtet werden, dass bei solch großen Beobachtungswinkeln die Weglänge durch die Atmosphäre bedeutend ist und durch dieses lange Wegstrecke sind die geometrischen und atmosphärischen Korrekturen besonders schwierig. Bei kleinen Zentiwinkel hingegen erfolgt eine Unterschätzung der LST, bei Winkeln über ca. 50° ein Überschätzung.
Auch bei dichtem Bedeckungsgrad ist solch ein Trend feststellbar, aber die "directional effects" waren nur sehr schwach ausgeprägt. Der optimale Beobachtungswinkel liegt hier zwischen 40-50°. Eine neue Studie zur Bestimmung des Einflusses des Messwinkels wurde von LAGOURADE durchgeführt, welche zu ähnlichen Ergebnissen führte.
Die Autoren gelangen zu dem Fazit, dass eine Messung der LST mit starren Mess- und Sonnenwinkeln des Messsensors nicht ausreicht um die LST ausreichend genau zu bestimmen.