• Khái niệm nhiệt độ bề mặt:
Nhiệt độ bề mặt đất (Land Surface Temperature - LST) được coi là nhiệt độ của lớp nằm giữa bề mặt đất và khí quyển.
Nhiệt độ bề mặt đất bị ảnh hưởng chủ yếu bởi bức xạ Mặt trời.Khi Mặt trời bức xạ xuống bề mặt Trái đất thì phần lớn bức xạ được hấp thụ.Sau đó, bề mặt Trái đất lại bức xạ vào khí quyển và không gian. Sự cân bằng của lượng bức xạ Mặt trời bị hấp thụ phụ thuộc vào hai yếu tố: khả năng truyền dẫn của không khí và sự hấp thụ của vật liệu bề mặt. Vì vậy, LST là yếu tố chỉ thị tốt của cân bằng năng lượng ở bề mặt Trái Đất. Sự cân bằng bức xạ này còn phụ thuộc vào các đặc trưng truyền dẫn trong dải hồng ngoại của hơi nước, mây, các phần tử khác, ví dụ các khí nhà kính như CO2,…. Nồng độ của các khí này đang tăng lên góp phần vào việc thay đổi khí hậu và hiệu ứng nhà kính.
Nhiệt độ bề mặt đất cũng là yếu tố cơ bản quyết định các hiện tượng nhiệt trên mặt đất. Nó là kết quả tổng hợp của sự tương tác năng lượng giữa khí quyển và mặt
đất và sự cân bằng giữa bức xạ nhiệt Mặt trời với thông lượng khí quyển - mặt đất quy mô khu vực và toàn cầu. Nó có mối quan hệ chặt chẽ với các quá trình biến đổi của môi trường đất đồng thời cũng phản ánh sự thay đổi của thực vật.Ví dụ trong điều kiện khô hạn, nhiệt độ lá cây tăng cao là một chỉ số phản ánh sự thiếu nước của thực vật.
Mặc dù nhiệt độ không khí trên bề mặt đất và LST thực tế có mối quan hệ chặt chẽ với nhau nhưng giữa chúng có sự khác biệt đáng kể. Sự khác biệt này phụ thuộc vào điều kiện thời tiết và các loại lớp phủ.LST khác với nhiệt độ không khí vì LST liên quan chặt chẽ hơn tới các hoạt động sinh lí của lá cây trong các thảm thực vật cũng như liên quan tới độ ẩm đất trong các vùng thưa thớt cây. Nhiệt độ không khí thường không biến đổi theo không gian như LST nên có thể đo được dễ dàng hơn. Độ chênh lệch khi đo đồng thời nhiệt độ không khí và LST có thể lên tới 20oK do LST liên quan đến những chu trình năng lượng ngày đêm trên mặt đất và chịu ảnh hưởng của các yếu tố cảnh quan. Do độ nhạy của LST với độ ẩm đất và lớp phủ thực vật nên nó là thành phần quan trọng trong rất nhiều ứng dụng nghiên cứu về khí hậu, thủy văn,nông nghiệp, sinh thái học, sinh địa hóa và các nghiên cứu biến động môi trường,…
LST được tính toán trên cơ sở phát xạ của các đối tượng bề mặt (đất đai, lớp phủ thực vật, bề mặt của nhà cửa,…) quan sát bởi bộ cảm tại các góc nhìn tức thời và năng lượng điện từ đo được trên băng nhiệt hồng ngoại của các bộ cảm đặt trên vệ tinh. Từ đó nó được mô hình hóa dựa trên các đặc tính vật lí của khí quyển và các chỉ số kĩ thuật của bộ cảm. Tính toán LST từ dữ liệu ảnh viễn thám là tính toán tổng hợp giữa các hợp phần của cán cân năng lượng và bốc hơi trên bề mặt đất. Các sản phẩm tính toán từ LST được sử dụng để hỗ trợ các nghiên cứu về thay đổi bề mặt đất như quá trình đô thị hóa, sa mạc hóa và nạn phá rừng
Độ phát xạ
Chuyển bức xạ trên đỉnh khí quyển về bức xạ trên bề mặt
Nhiệt độ bề mặt (K)
LST(C) Hiệu chỉnh bức xạ tại
dỉnh khí quyển
( hệ số truyền khí quyển, Upwelling, Downwelling radiance)
Bức xạ trên đỉnh khí quyển Kênh hồng ngoại nhiệt
Hình 2.1:Sơ đồ quy trình xác định nhiệt độ bề mặt