Landsat 7 ETM+ 열적외 밴드를 지표면 온도(Land-surface temperature)로 변환하는 방법에 대하여 학습해 보겠습니다.
본 방법에 대한 자세한 사항은 Landsat 7 Science Data Users Handbook(http://landsathandbook.gsfc.nasa.gov/)을 참조하시기 바랍니다.
열적외 밴드를 지표면 온도로 변환하는 과정은 크게 아래와 같은 절차를 따르고 있습니다.
1) DN값을 방사휘도(Radiance)로 변환하기
2) 방사휘도를 절대온도(Kelvin)로 변환하기
3) 절대온도를 섭씨온도(Celsius)로 변환하기
먼저, 첫 번째 DN값을 방사휘도로 변환하기 위한 공식은 아래와 같습니다.
Lλ = Grescale * QCAL + Brescale
위 식은 또한 아래와 같이 표현될 수도 있습니다.
Lλ = ((LMAXλ - LMINλ)/(QCALMAX-QCALMIN)) * (QCAL-QCALMIN) + LMINλ
여기서,
Lλ: 방사휘도 watts/(meter squared * ster * μm)
LMINλ(최소방사휘도): QCAL=0일 때 분광복사에너지 watts/(meter squared * ster * μm)
LMAXλ(최대방사휘도): QCAL=QCALMAX일 때 분광복사에너지 watts/(meter squared * ster * μm)
QCALMIN: DN단위로 정량화된 최소복사에너지(DN=1: LPGS products 또는 '04. 4. 4. 이후 NLAPS products, DN=0: '04. 4. 4. 이전 NLAPS products)
QCALMAX: DN단위로 정량화된 최대복사에너지(DN=255)
QCAL: Digital Number, DN
참고로,
USGS Landsat standard data products는 2개 처리 시스템(processing systems)으로 운용되어 왔습니다.
LPGS(Level 1 Product Generation System) products는 현재 모든 Landsat 데이터가 처리되는 방식으로 MTL.txt 파일을 포함하고 있습니다.
NLAPS(National Land Archive Production System) products는 일부 Landsat 4, 5 데이터가 처리되었던 방식으로 .WO 파일을 포함하고 있습니다.
Landsat 7 방사휘도 범위(단위: watts/(meter squared * ster * μm))입니다.
아래 표를 별도로 확인하지 않아도, 해당 데이터의 MTL.txt 파일에 각 밴드에 대한 방사휘도 범위값이 정의되어 있습니다.
| Band Number | Processed Before July 1, 2000 | Proccessed After July 1, 2000 | ||||||
| Low Gain | High Gain | Low Gain | High Gain | |||||
| LMIN | LMAX | LMIN | LMAX | LMIN | LMAX | LMIN | LMAX | |
| 1 | -6.2 | 297.5 | -6.2 | 194.3 | -6.2 | 293.7 | -6.2 | 191.6 |
| 2 | -6 | 303.4 | -6 | 202.4 | -6.4 | 300.9 | -6.4 | 196.5 |
| 3 | -4.5 | 235.5 | -4.5 | 158.6 | -5 | 234.4 | -5 | 152.9 |
| 4 | -4.5 | 235 | -4.5 | 157.5 | -5.1 | 241.1 | -5.1 | 157.4 |
| 5 | -1 | 47.7 | -1 | 31.76 | -1 | 47.57 | -1 | 31.06 |
| 6 | 0 | 17.04 | 3.2 | 12.65 | 0 | 17.04 | 3.2 | 12.65 |
| 7 | -0.35 | 16.6 | -0.35 | 10.932 | -0.35 | 16.54 | -0.35 | 10.8 |
| 8 | -5 | 244 | -5 | 158.4 | -4.7 | 243.1 | -4.7 | 158.3 |
방사휘도를 절대온도로 변환하는 식은 아래와 같습니다.
여기서,
T: 실제 위성 절대온도(Kelvin)
K1, K2: 보정 상수
Lλ = 방사휘도, 단위: watts/(meter squared * ster * µm)
ETM+과 TM 열적외 밴드의 보정 상수는 아래와 같습니다.
| Constant 1- K1 | Constant 2 - K2 | |
| watts/(meter squared * ster * μm) | Kelvin | |
| Landsat 5 | 607.76 | 1260.56 |
| Landsat 7 | 666.09 | 1282.71 |
절대온도를 섭씨온도로 변환하기 위해서는 아래와 같이 273.15를 차감하면 됩니다.
T(℃) = T - 273.15
이제 이 과정들을 ArcMap에서 어떻게 처리하는지에 대하여 학습해 보도록 하겠습니다.