Comparison of MODIS Land Surface Temperature and Air Temperature over the Continental USA Meteorological Stations

Abstract

. The National Land Cover Database (NLCD) Impervious Surface Area (ISA) and MODIS Land Surface Temperature (LST) are used in a spatial analysis to assess the surface-temperature-based urban heat island's (UHIS) signature on LST amplitude over the continental USA and to make comparisons to local air temperatures. Air-temperature-based UHIs (UHIA), calculated using the Global Historical Climatology Network (GHCN) daily air temperatures, are compared with UHIS for urban areas in different biomes during different seasons. NLCD ISA is used to define urban and rural temperatures and to stratify the sampling for LST and air temperatures.We find that the MODIS LST agrees well with observed air temperature during the nighttime, but tends to overestimate it during the daytime, especially during summer and in nonforested areas. The minimum air temperature analyses show that UHIs in forests have an average UHIA of 1°C during the summer. The UHIS, calculated from nighttime LST, has similar magnitude of 1–2°C. By contrast, the LSTs show a midday summer UHIS of 3–4°C for cities in forests, whereas the average summer UHIA calculated from maximum air temperature is close to 0°C. In addition, the LSTs and air temperatures difference between 2006 and 2011 are in agreement, albeit with different magnitude.Résumé. L’Aire des Surfaces impérvieuses (ISA) de la banque Nationale de données sur les Couvertures du Sol (NLCD) et les températures de surface de MODIS (LST) des années 2006 et 2011 sont utilisées dans une analyse spatiale pour évaluer la signature des ilots de chaleur Urbains, basés sur la température de surface (UHIS), sur l’amplitude de la LST aux EUA, et faire des comparaisons avec les températures de l’air locales. Les ilots de chaleur basés sur la température de l’air (UHIA) calculés à partir des données journalières de température obtenues du Network Historique Climatologique Global (GHCN) sont comparés aux UHIS pour des arrangements urbains dans des biomes de végétation et des saisons différentes. Les aires impérvieuses (ISA) sont utilisées pour définir les zones urbaines et rurales ainsi que pour stratifier l’échantillonnage des LSTs et des températures de l’air des stations.On trouve que la LST de MODIS est en bon agrément avec la température de l’air durant la nuit, mais tend à la surestimer durant le jour, spécialement pendant l’été et dans les régions non-boisées. L’analyse des températures minimum montre que les peuplements urbains construits en milieu forestier ont une UHIA moyenne d’environ 1°C durant l’été. Les LSTs nocturnes ont des amplitudes similaires de 1–2°C. Par contraste, les LSTs de MODIS montrent des UHIS de 3–4°C dans les centres urbains en milieux forestiers alors que la valeur moyenne d’été des UHIA obtenue à partir des températures maximales avoisine 0°C. Les différences entre les LSTs et la température de l’air entre 2006 et 2011, sont en agreement quoiqu’avec des intensités différentes.