Thomas J. Schmugge, Karine Caillault, Marie Weiss, Albert Olioso, Audrey Lesaignoux, Xavier Briottet, Jean-Pierre Lagouarde, Frédéric Jacob, Françoise Nerry, Stéphane Jacquemoud, Andrew N. French, Laboratoire d'étude des Interactions Sol - Agrosystème - Hydrosystème (UMR LISAH), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-Centre international d'études supérieures en sciences agronomiques (Montpellier SupAgro)-Institut national d’études supérieures agronomiques de Montpellier (Montpellier SupAgro), Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro)-Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro), Environnement Méditerranéen et Modélisation des Agro-Hydrosystèmes (EMMAH), Avignon Université (AU)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE), DOTA, ONERA, Université Paris Saclay (COmUE) [Palaiseau], ONERA-Université Paris Saclay (COmUE), UMR IPGP, Université Paris Diderot - Paris 7 (UPD7), Laboratoire des sciences de l'ingénieur, de l'informatique et de l'imagerie (ICube), Institut National des Sciences Appliquées - Strasbourg (INSA Strasbourg), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Strasbourg (UNISTRA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École Nationale du Génie de l'Eau et de l'Environnement de Strasbourg (ENGEES)-Réseau nanophotonique et optique, Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Strasbourg (UNISTRA)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Strasbourg (UNISTRA)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Matériaux et nanosciences d'Alsace (FMNGE), Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université de Strasbourg (UNISTRA)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université de Strasbourg (UNISTRA)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), ARS/ALARC, United States Department of Agriculture, New Mexico State University, ONERA / DOTA, Université de Toulouse [Toulouse], ONERA-PRES Université de Toulouse, Interactions Sol Plante Atmosphère (UMR ISPA), Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-Ecole Nationale Supérieure des Sciences Agronomiques de Bordeaux-Aquitaine (Bordeaux Sciences Agro), Financial grants come from French Space Agency CNES 104075, Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD [ Madagascar])-Institut national d’études supérieures agronomiques de Montpellier (Montpellier SupAgro)-Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-Centre international d'études supérieures en sciences agronomiques (Montpellier SupAgro), DOTA, ONERA, Université Paris Saclay [Palaiseau], ONERA-Université Paris-Saclay, Université de Strasbourg (UNISTRA)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Strasbourg (UNISTRA)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Matériaux et nanosciences d'Alsace, Université de Strasbourg (UNISTRA)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Strasbourg (UNISTRA)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM), Interactions Sol Plante Atmosphère (ISPA), Institut de Physique du Globe de Paris (IPGP (UMR_7154)), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université de La Réunion (UR)-Institut de Physique du Globe de Paris (IPG Paris)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPCité), École Nationale du Génie de l'Eau et de l'Environnement de Strasbourg (ENGEES)-Université de Strasbourg (UNISTRA)-Institut National des Sciences Appliquées - Strasbourg (INSA Strasbourg), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Les Hôpitaux Universitaires de Strasbourg (HUS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Matériaux et Nanosciences Grand-Est (MNGE), Université de Strasbourg (UNISTRA)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Strasbourg (UNISTRA)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Réseau nanophotonique et optique, Université de Strasbourg (UNISTRA)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Strasbourg (UNISTRA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), ProdInra, Archive Ouverte, and Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-Centre international d'études supérieures en sciences agronomiques (Montpellier SupAgro)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD [ Madagascar])-Institut national d’études supérieures agronomiques de Montpellier (Montpellier SupAgro)
We investigated the use of multispectral thermal imagery to retrieve land surface emissivity and temperature. Conversely to concurrent methods, the temperature emissivity separation (TES) method simply requires single overpass without any ancillary information. This is possible since TES makes use of an empirical relationship that estimates the minimum emissivity epsilon-min from the emissivity spectral contrast captured over several channels, so-called maximum-minimum difference (MMD). In previous studies, the epsilon-min-MMD empirical relationship of TES was calibrated and validated for various sensor spectral configurations, where the proposed calibrations involved single or linearly mixed spectra of emissivity at the leaf or soil level. However, cavity effect should be taken into account at the vegetation canopy level, to avoid an underestimation of emissivity, especially for intermediate vegetation conditions between bare soil and full vegetation cover. The current study aimed to evaluate the performances of the TES method when applied to vegetation canopies with cavity effect. We used the SAIL-Thermique model to simulate a library of emissivity spectra for a wide range of soil and plant conditions, and we addressed the spectral configurations of recent and forthcoming sensors. We obtained good results for calibration and validation over the simulated library, except for full cover canopies because of the TES gray body problem. Consistent with previous studies, the calibration/validation results were better with more channels that capture emissivity spectral contrast more efficiently. Our TES calibrations provided larger epsilon-min values as compared to former studies, especially for intermediate vegetation cover. We explained this trend by the simulated spectral library that involved numerous vegetation canopies with cavity effect, thereby shifting up the epsilon-min-MMD empirical relationship. Consequently, our TES calibration provided larger (respectively lower) estimates of emissivity (respectively radiometric temperature) that were likely to be more realistic as compared to previous calibrations. Finally, SAIL-Thermique simulations permitted to show that increasing Leaf Area Index induced a displacement of the (epsilon-min, MMD) pairs along the empirical relationship. This was consistent with the TES underlying assumption, where any change in epsilon-min induces changes in MMD since epsilon-max is bounded on [0.98-1]. Further investigations should focus on validating the outcomes of the current study against ground-based measurements, and on assessing TES performances when accounting for instrumental and atmospheric perturbations.