GB/T 41539-2022 卫星遥感影像地表温度产品规范

　　ICS 33 . 200 CCS A 77

　　中 华 人 民 共 和 国 国 家 标 准

　　GB/T 41539—2022

　　卫星遥感影像地表温度产品规范

　　Specificationsforsurfacetemperatureproductfromsatelliteremotesensingimagery

　　2022-07-01 发布 2023-02-01 实施

　　国家市场监督管理总局国家标准化管理委员会

　　

　　发

　　

　　布

　　GB/T 41539—2022

　　目 次

　　前言 Ⅲ

　　引言 Ⅳ

　　1 范围 1

　　2 规范性引用文件 1

　　3 术语和定义 1

　　4 缩略语 2

　　5 产品分级 2

　　5 . 1 分级原则 2

　　5 . 2 产品级别框架 2

　　5 . 3 2 级产品(L2) 3

　　5 . 4 3 级产品(L3) 3

　　5 . 5 4 级产品(L4) 3

　　6 命名规则 4

　　6 . 1 名称组成 4

　　6 . 2 名称要求 4

　　7 产品构成 5

　　7 . 1 产品概述 5

　　7 . 2 元数据集 5

　　7 . 3 地表温度数据集 5

　　7 . 4 辅助数据集 6

　　8 技术要求 7

　　8 . 1 时间信息 7

　　8 . 2 空间参考信息 7

　　8 . 3 产品质量 8

　　9 产品检查 8

　　附录 A(资料性) 地表温度分级产品生产逻辑流程 9

　　A. 1 概述 9

　　A. 2 L2 级产品生产 10

　　A. 3 L3 级产品生产 10

　　A. 4 L4 级产品生产 10

　　附录 B(规范性) 地表温度产品元数据文件基本内容 11

　　附录 C(资料性) 地表温度产品元数据文件基本内容示例 14

　　附录 D(规范性) 地表温度产品质量标识含义 17

　　D. 1 L2 和 L3 级产品质量标识含义 17

　　D. 2 L4 级产品质量标识含义 18

　　参考文献 20

　　Ⅰ

　　GB/T 41539—2022

　　前 言

　　本文件按照 GB/T 1 . 1—2020《标准化工作导则 第 1 部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。

　　请注意本文件的某些内容可能涉及专利。 本文件的发布机构不承担识别专利的责任。

　　本文件由中国科学院提出。

　　本文件由全国遥感技术标准化技术委员会(SAC/TC 327)归口 。

　　本文件起草单位：中国农业科学院农业资源与农业区划研究所、中国科学院地理科学与资源研究所、中国科学院空天信息创新研究院、中国资源卫星应用中心、国家卫星气象中心、中国地震局地质研究所、中国自然资源航空物探遥感中心、河北地质大学、北京师范大学、北京大学、中国科学院大学、中国科学院水利部成都山地灾害与环境研究所、大连海事大学。

　　本文件主要起草人：李召良、吴骅、周成虎、刘向阳、段四波、钱永刚、历华、邱实、陈虹、韩启金、高彩霞、刘照言、尚国球、唐伯惠、范熙伟、范锦龙、冷佩、王新鸿、赵恩宇、赵伟、高懋芳、程洁、任华忠、宋小宁、唐荣林、周芳成、姜小光、郑小坡、张霞。

　　Ⅲ

　　GB/T 41539—2022

　　Ⅳ

　　引

　　

　　言

　　地表温度是区域和全球尺度上陆地表层系统过程的关键参数，其表征了地表与大气的相互作用以及大气和陆地之间能量交换的综合结果，是获取地表能量平衡状态时空变化信息过程中的重要参量，在数值预报、全球环流模式以及区域气候模式等研究领域应用广泛。 获取准确的地表温度不仅有助于评估地表能量与水分平衡、热惯量和土壤湿度，而且有助于掌握全球表面温度的长期变化趋势。

　　卫星遥感技术具有快速、高时空分辨率、适用于大面积长期连续观测的特点，被认为是高时效、高精度获取区域或全球尺度地表温度的最直接且经济的手段。 国内外已发布了数套基于卫星遥感技术的地表温度产品，但由于对地表温度产品的界定程度和应用水平的差异，导致不同机构或组织生产的地表温度产品之间的一致性较差。 地表温度产品的构成、分级和标识等方面的差异，使得不同的研究人员在使用过程中存在一定盲目性，产生了额外耗费，增加了应用复杂度，阻碍了地表温度产品的有序发展和广泛应用。

　　本文件立足于地表温度产品的发展及其产业化的需求与趋势，对基于卫星遥感影像数据生产的地表温度产品的分级、命名规则、产品构成、技术要求和产品检查等做出统一的技术规定，以建立科学、合理、扩展性强的地表温度产品规范，提高地表温度产品应用水平，为用户提供所需产品的结构和内容，便于地表温度产品的访问和正确使用，促进我国地表温度产品的产业化发展。

　　GB/T 41539—2022

　　卫星遥感影像地表温度产品规范

　　1 范围

　　本文件规定了卫星遥感影像地表温度产品的产品分级、命名规则、产品构成、技术要求和产品检查。本文件适用于卫星遥感影像地表温度产品的生产、管理、维护和使用。

　　2 规范性引用文件

　　下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。 其中，注 日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件;不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。

　　GB/T

　　35652—2017

　　瓦片地图服务

　　GB/T

　　37151—2018

　　基于地形图标准分幅的遥感影像产品规范

　　GB/T

　　39608—2020

　　基础地理信息数字成果元数据

　　GB/T

　　41534—2022

　　地表温度遥感产品真实性检验

　　3 术语和定义

　　下列术语和定义适用于本文件。

　　3.1

　　亮度温度 brightnesstemperature

　　亮温

　　在同一波长处，与热辐射体辐射亮度相同的黑体的温度。

　　注：单位为开尔文(K) 。

　　[来源：GB/T 36299—2018,3 . 14]

　　3.2

　　地表温度 surfacetemperature

　　表面温度

　　表皮温度

　　表征地球表面厚度等于穿透深度(范围 0 . 1 倍 ~10 倍波长)的表皮的综合温度。

　　注 1 ：根据地表类型分为陆地表面温度和海洋表面温度。

　　注 2：遥感数据反演得到的地表温度是在遥感器获取的亮度温度的基础上消除了大气和发射率影响后的地表非同温混合像元的等效温度(即方向辐射计温度)，单位为开尔文(K) 。

　　3.3

　　地表温度产品元数据 surfacetemperatureproductsmetadata

　　描述地表温度产品的属性和相关特性的数据。

　　注：包括基本信息、整体质量、文件名称/数据集名称、地理位置等。

　　3.4

　　缩略图 thumbnailimage

　　快视图 quicklook image

　　1

　　GB/T 41539—2022

　　按一定缩小比例重采样保存的地表温度值空间分布状况的图像。

　　3.5

　　卫星遥感影像地表温度产品 surfacetemperatureproductfrom satelliteremotesensingimagery

　　由卫星遥感影像数据生产的元数据集、地表温度数据集和辅助数据集组成的集合统称。

　　3.6

　　景 scene

　　根据卫星遥感器特征，将遥感影像数据按照规定的行数和列数进行裁切后的图像计数单位。

　　[来源：GB/T 36301—2018,3 . 1 . 4]

　　3.7

　　瓦片 tile

　　将几何校正后的单景遥感影像产品或者多景遥感影像合成产品，按照规定的行数和列数进行裁切后，形成的具有固定空间参考基准的图像计数单位。

　　[来源：GB/T 35652—2017,3 . 1,有修改]

　　4 缩略语

　　下列缩略语适用于本文件。

　　CMG 气候模型网格 (Climate Modeling Grid)

　　ST 地表温度 (Surface Temperature)

　　UTC 协调世界时 (Coordinated Universal Time)

　　5 产品分级

　　5 . 1 分级原则

　　卫星遥感影像 ST产品分级遵循以下原则：

　　a) 体系结构清晰，能反映出不同级别产品之间的内在特性与联系，体现产品生产流程中所涉及的时空处理不同环节的区别;

　　b ) 划分简洁明确，具有广泛的适用性，能反映 ST 产品应用对级别划分的客观需求，易于操作并为各类用户所接受和使用;

　　c) 兼顾当前国内遥感数据产品的分级框架，在体现 ST产品的 自身特性的前提下，尽可能地保持一致;

　　d) 与当前国外 ST产品分级规则建立明确的映射关系，能方便与国外 ST产品分级方案接轨;

　　e) 考虑未来一段时期出现 ST新产品的可能性，具有可扩展性。

　　5 . 2 产品级别框架

　　根据 ST产品生产涉及的方法和复杂程度的差异，ST产品可分为 3 级，分别标识为 2 级产品(L2) 、 3 级产品(L3)和 4 级产品(L4) 。L2 和 L3 级产品为瞬时产品，L3 级产品可根据空间分辨率的差异，使用大写英文字母标识细分对应的子级;L4 级产品为时空合成产品，可根据时间和空间分辨率的差异，在子级的基础上叠加阿拉伯数字标识进一步细化为扩展级。 具体的 ST产品分级框架如图 1 所示。

　　2

　　GB/T 41539—2022

　　注 1 : L3B、L4B1、L4B2 和 L4B * 级产品的空间分辨率一般采用星下点观测分辨率的整数倍，如 3 倍、5 倍等。

　　注 2 : L4 级中“*”代表与扩展子级相匹配的阿拉伯数字。

　　图 1 ST产品级别框架

　　卫星遥感影像 ST产品的生产和应用应指明 ST产品的级别，ST分级产品生产逻辑流程见附录 A。

　　5 . 3 2 级产品(L2)

　　L2 级产品是观测时刻的按景方式形成的 ST 产品，即瞬时 ST 景产品。 L2 级产品不再细分子级，其空间分辨率为卫星设计的原始分辨率。

　　注 ：同一景上不同像元可能具有不同的空间分辨率。

　　5 . 4 3 级产品(L3)

　　L3 级产品是在 L2 级产品的基础上，经过几何校正、时间归一化和角度归一化后某一时刻的具有统一空间分辨率的 ST产品，即瞬时 ST 瓦片产品。 L3 级产品可根据选择的空间分辨率，分为 L3A 级 、 L3B级和 L3C级产品。

　　注：L3A级产品的空间分辨率等于卫星星下点观测时分辨率，例如 100 m 或者 1 km 等;L3B级产品的空间分辨率

　　低于卫星星下点观测时分辨率，例如 500 m 或者 5 km;L3C级产品的空间分辨率等于 CMG单元，例如 0 . 01°或者 0.05°。

　　5 . 5 4 级产品(L4)

　　5 . 5 . 1 4A级产品(L4A)

　　在 L3A级产品的基础上，结合模型计算/合成，推算出的以瓦片方式保存、空间分辨率为卫星星下点观测分辨率的某个特定时间尺度的 ST 产品。 L4A 级产品可根据选择的时间尺度，分为 L4A1 级 、 L4A2 级和 L4A * 级产品。

　　注 1 : L4A级产品包括对应时间尺度下的平均 ST、最大 ST、最小 ST、最大 ST 出现时刻和最小 ST 出现时刻等信息。

　　注 2 : L4A级产品的时间尺度为 日尺度;L4A2 级产品的时间尺度为月尺度;L4A * 级产品的时间尺度可扩展定义，如旬和年等。

　　3

　　GB/T 41539—2022

　　5 . 5 . 2 4B级产品(L4B)

　　在 L3B级产品的基础上，结合模型计算/合成，推算出的以瓦片方式保存、空间分辨率低于卫星星下点观测分辨率的某个特定时间尺度的 ST产品。 L4B级产品包括的内容与 L4A 级产品的一致，同样可根据选择的时间尺度，分为 L4B1 级、L4B2 级和 L4B * 级产品。

　　注：L4B级各子产品的含义同 L4A级各子产品的含义一致。

　　5.5.3 4C级产品(L4C)

　　在 L3C级产品的基础上，结合模型计算/合成，推算出的以瓦片方式保存、空间分辨率等于 CMG单元的某个特定时间尺度的 ST产品。 L4C级产品包括的内容与 L4A 级产品的一致，同样可根据选择的时间尺度，分为 L4C1 级、L4C2 级和 L4C * 级产品。

　　注：L4C级各子产品的含义同 L4A级各子产品的含义一致。

　　6 命名规则

　　6 . 1 名称组成

　　ST产品文件名称应由产品名称和扩展名两部分组成，其组成如图 2 所示。

　　图 2 ST产品文件命名组成规则

　　6 . 2 名称要求

　　ST产品文件名称应包含以下要素：

　　a) 产品子类名称：指示 ST产品构成的子类，例如元数据集可用“Metadata”标识;地表温度数据集用“ST”标识;辅助数据集中的经度、纬度和质量标识分别用“Lat”“Lon”和“QA”标识;

　　b ) 卫星-传感器名称：指示生产 ST 的主要卫星和传感器名称，主体数据的卫星和传感器标识见GB/T 37151—2018 中附录 B ;

　　c) 产品级别：指示 ST产品对应的层级级别，应符合 5 . 2 的规定;

　　d) 产品时间标识：指示产品获取时间，格式为年月 日 (YYYYMMDD) ,对于 L4 级产品 MM 和DD可用字母 XX替代;

　　e) 产品位置标识：指示产品的空间地理位置。 对于分景保存的产品，将中心经纬度作为产品位置

　　4

　　GB/T 41539—2022

　　标识;对于分瓦片保存的产品，执行 GB/T 35652—2017 中 5 . 1 的规定记录行列号(如果瓦片产品是以分幅的形式组织，执行 GB/T 37151—2018 中 6 . 2 的规定记录分幅编号)，也可根据用户需要进行编号;

　　f) 产品分辨率标识：指示产品的空间分辨率，格式为 VU ;

　　注：产品分辨率标识中，V为分辨率数值，精确至整数;U 为分辨率单位。 例如，1 km、1 000 m 和 005 Deg等。

　　g) 发布机构名称：指示产品发布机构名称，用发布机构的英文字母简称表示;

　　h) 产品版本号：指示产品版本信息;

　　i ) 扩展名：指示产品保存文件的扩展名。

　　示例：以搭载在 Terra卫星上的 MODIS载荷作为数据源，机构 AA生产并发布的版本号为 V1 . 0 的 L3A 级瞬时 ST

　　瓦片产品(自定义编号为 H27V05,产品获取时间为 2021 年 6 月 1 日)的名称如下：

　　ST_Terra-MODIS_L3A_20210601_H27V05_1km_AA_V1 . 0.hdf。

　　7 产品构成

　　7 . 1 产品概述

　　ST产品由元数据集、地表温度数据集和辅助数据集三部分构成。

　　7 . 2 元数据集

　　应按照 GB/T 39608—2020 中第 4 章的规定记录产品标识信息、空间参考信息、生产信息、质量信息、分发信息。 元数据应按照附录 B记录，示例见附录 C。

　　元数据集的存储应采用字符串文本数据的文件格式来描述所需信息，例如便于人机理解和读取的文件格式 XML。

　　7 . 3 地表温度数据集

　　记录生产出的逐像元的地表温度值。 数据以栅格形式组织，数据的相关描述信息在元数据中记录。不同级别的 ST数据集的构成不同。

　　L2 和 L3 级的 ST数据集的构成和说明见表 1 但不限于表 1 所列数据项，“ST数据”为逐像素记录的地表温度值。

　　表 1 L2 和 L3 级 ST数据集构成和说明

　　数据名称

　　单位

　　数据类型

　　缩放系数

　　偏移系数

　　有效值域

　　填充值

　　ST数据

　　K

　　16 位无符号整型

　　0 .02

　　0

　　[7 500 , 65 535]

　　0

　　ST数据的单位、数据类型、缩放系数、偏移系数、有效值域和填充值为参考值，可根据实际应用需要赋予其他值，但应在元数据中给出具体的描述说明。

　　L4 级的 ST产品的构成和说明见表 2 但不限于表 2 所列数据项，具体描述如下：

　　a) 平均 ST数据：逐像元记录瞬时 ST产品经时间尺度扩展后，给定时间范围的 ST平均值;

　　b ) 最大 ST数据：逐像元记录瞬时 ST产品经时间尺度扩展后，给定时间范围的 ST最大值;

　　c) 最小 ST数据：逐像元记录瞬时 ST产品经时间尺度扩展后，给定时间范围的 ST最小值。

　　5

　　GB/T 41539—2022

　　表 2 L4 级 ST数据集构成和说明

　　数据名称

　　单位

　　数据类型

　　缩放系数

　　偏移系数

　　有效值域

　　填充值

　　平均 ST数据

　　K

　　16 位无符号整型

　　0 .02

　　0

　　[7 500 , 65 535]

　　0

　　最大 ST数据

　　K

　　16 位无符号整型

　　0 .02

　　0

　　[7 500 , 65 535]

　　0

　　最小 ST数据

　　K

　　16 位无符号整型

　　0 .02

　　0

　　[7 500 , 65 535]

　　0

　　各 ST数据的单位、数据类型、缩放系数、偏移系数、有效值域和填充值为参考值，可根据实际应用需要赋予其他值，但应在元数据中给出具体的描述说明。

　　地表温度数据集的存储应采用能存储不同类型数据，具有自描述性、可扩展、平台无关特性，能高效存储和分发遥感产品的文件格式。

　　注：地表温度数据集的文件格式，例如 HDF、NetCDF 和 GeoTiff。

　　7 . 4 辅助数据集

　　ST产品辅助数据集包括栅格数据和文本数据两种。

　　注 1 ：以栅格形式存储的数据包括逐像元的经纬度、观测时间、观测天顶角、观测方位角、最大 ST 时刻、最小 ST 时刻、质量标识以及整幅 ST 的缩略图;以文本形式存储的数据包括算法说明文档、用 户 手 册 和 真 实 性 检 验报告。

　　不同级别的 ST产品辅助数据集的构成不同。 辅助数据集的构成和说明见表 3 但不限于表 3 所列数据项，具体描述如下：

　　a) 像元经度：逐像元记录 ST产品的经度信息;

　　b ) 像元纬度：逐像元记录 ST产品的纬度信息;

　　c) 观测时间：逐像元记录 ST产品的观测时间信息;

　　d) 观测天顶角：逐像元记录 ST产品的观测天顶角信息;

　　e) 观测方位角：逐像元记录 ST产品的观测方位角信息;

　　f) 最大 ST 时刻：逐像元记录瞬时 ST 产品经时间尺度扩展后，给定时间范围的 ST 最大值出现的时间;

　　g) 最小 ST 时刻：逐像元记录瞬时 ST 产品经时间尺度扩展后，给定时间范围的 ST 最小值出现的时间;

　　h) 质量标识：由逐像元的按位表示的产品质量标志所组成，每一个二进制位分别表示海陆/云/冰雪掩膜、地表发射率反演方法、地表发射率误差、大气状况、地表温度计算方法、地表温度误差、地表温度角度或时间归一化情况等。 应按附录 D 的方式对不同级别的 ST 产品的质量进行标识;

　　i ) 缩略图：重采样生成的低分辨率 ST 图像;

　　j) 算法说明文档：详细记录 ST产品生产算法及流程等信息的文档;

　　k) 用户手册：记录 ST产品构成、使用方法、获取途径等信息的文档;

　　l ) 真实性检验报告：执行 GB/T 41534—2022 中第 5 章的相关规定。

　　辅助数据集的存储采用不同的文件格式。 以栅格形式存储的数据，除缩略图以外，应采用与地表温度数据集相一致的文件格式。 缩略图应采用具有较高压缩率，且能保证较好图像质量的图像存储格式。以文本形式存储的数据应采用可移植的文档文件格式。

　　注 2：缩略图的图像存储格式，例如 JPEG;文本形式存储的文档文件格式，例如 PDF。

　　6

　　GB/T 41539—2022

　　表 3 辅助数据集构成和说明

　　数据名称

　　单位

　　数据类型

　　缩放系数

　　偏移系数

　　有效值域

　　填充值

　　L2 级产品是否包含

　　L3 级产品是否包含

　　L4 级产品是否包含

　　像元经度a

　　( °)

　　32 位浮点型

　　1

　　0

　　[ -180 , 180]

　　99 999

　　必选

　　否

　　否

　　像元纬度b

　　( °)

　　32 位浮点型

　　1

　　0

　　[ -90 , 90]

　　99 999

　　必选

　　否

　　否

　　观测时间

　　s

　　32 位无符号整型

　　1

　　0

　　[0 , 86 400]

　　99 999

　　必选

　　可选

　　否

　　观测天顶角

　　( °)

　　16 位无符号整型

　　0 .01

　　0

　　[0 , 9 000]

　　65 535

　　必选

　　可选

　　否

　　观测方位角

　　( °)

　　16 位无符号整型

　　0 .01

　　0

　　[0 , 36 000]

　　65 535

　　可选

　　可选

　　否

　　最大 ST 时刻c

　　d

　　32 位浮点型

　　1

　　0

　　[0,366]

　　99 999

　　否

　　否

　　必选

　　最小 ST 时刻d

　　d

　　32 位浮点型

　　1

　　0

　　[0,366]

　　99 999

　　否

　　否

　　必选

　　质量标识e

　　—

　　32 位无符号整型

　　—

　　—

　　[0 , 2 097 151]

　　—

　　必选

　　必选

　　必选

　　缩略图