航空航天大氣輻射傳輸校正模型5Smodtranacorn

1、在遙感的實(shí)際應(yīng)用中， 常用很多簡(jiǎn)化的手段， 如假設(shè)地面為朗伯面， 排除云的存 在，采用有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)大氣模式及大氣氣溶膠模式等， 一次產(chǎn)生了許多不 同類型的大 氣輻射傳輸模型 ，主要分為兩類，1）采用大氣的光學(xué)參數(shù)2）直接采用大氣物理參數(shù)如 lowtran 、modtran 等大氣輻射近似計(jì)算模型，而且 還增加了多次散射計(jì)算1. 5s 模型該模型的代碼模擬計(jì)算海平面上的均勻朗伯體目標(biāo)的反射率，并假定大氣吸收作用與散射作用可以耦合， 就像吸收粒子位于散射層的上面一樣， 則大氣上層測(cè)量的目標(biāo)反射率可以表示為海平面處朗伯體的反射率大氣透過率分子、氣溶膠層的內(nèi)在反射率有太陽(yáng)到地表再到傳感器的大氣透過率S 為

2、大氣的反射率大氣傳輸輻射校正模型 3 modtran該模型是由美國(guó)空軍地球物理實(shí)驗(yàn)室研制的大氣輻射模擬計(jì)算程序， 在遙 感領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用于圖像的大氣校正。lowtran7 是一個(gè)光譜分辨率 20cm 1，的大氣輻射傳輸實(shí)用軟件，它提供了 6 種 參考大氣模式的溫度、氣壓、密度的垂直廓線，水汽、臭氧、甲烷、一氧化碳、 一氧化二氮的混合比垂直廓線，其他 13 種微量氣體的垂直廓線，城鄉(xiāng)大氣氣溶 膠、霧、沙塵、火山噴發(fā)物、云、雨的廓線，輻射參量(如消光系數(shù)、吸收系數(shù)、 非對(duì)稱因子的光譜分布)，以及地外太陽(yáng)光譜。lowtran7 可以根據(jù)用戶的需要，設(shè)置水平、傾斜、及垂直路徑，地對(duì)空、空對(duì) 地等各種探

3、測(cè)幾何形式， 適用對(duì)象廣泛。 lowtran7 的基本算法包括透過率計(jì)算方 法，多次散射處理和幾何路徑計(jì)算。1) 多次散射處理lowtran 采用改進(jìn)的累加法，自海平面開始向上直至大氣的上界，全面考 慮整層大氣和地表、 云層的反射貢獻(xiàn)， 逐層確定大氣分層每一界面上的綜 合透過率、 吸收率、反射率和輻射通量。 再用得到的通量計(jì)算散射源函數(shù)， 用二流近似解求輻射傳輸方程。2) 透過率計(jì)算該模型在單純計(jì)算透過率或僅考慮單次散射時(shí)， 采用參數(shù)化經(jīng)驗(yàn)方法計(jì)算 帶平均透過率，在計(jì)算多次散射時(shí)，采用 k分布法3) 光線幾何路徑計(jì)算考慮了地球曲率和大氣折射效應(yīng)， 將大氣看作球面分層， 逐層考慮大氣折 射效應(yīng)由

4、于 lowtran 直接使用大氣物理參數(shù)，因而需要按照下列方法計(jì)算出與 lowtran 使用的大氣物理參數(shù)相對(duì)應(yīng)的大氣光學(xué)參數(shù) 179 頁(yè)4.modtran 輻射傳輸模型modtran 可以計(jì)算 0 到 50000cm 1 的大氣透過率和輻射亮度， 它 在 440nm 到無 限大的波長(zhǎng)范圍精度 是 2cm1，在 22680 到 50000cm 1 紫外波(200-440nm ) 范圍的精度是 20cm 1，在給定輻射傳輸驅(qū)動(dòng)、氣溶膠和云參數(shù)、光源與遙感器 的幾何立體對(duì)和地面光譜信息的基礎(chǔ)上， 根據(jù)輻射傳輸方程來計(jì)算大氣的透過率 以及輻射亮度。cm 1是表示波數(shù)，即使指在波的傳播方向上單位長(zhǎng)度內(nèi)

5、所含的波長(zhǎng)的數(shù)目。開發(fā) modtran 是為例改進(jìn) lowtran 的光譜分辨率， modtran 將光譜的半高全寬度 (full width half maximum ， FWHM )由 lowtran 的 20cm 1 減少到 2cm 1 ，目 前的 modtran4.0 它的光譜分辨率已經(jīng)達(dá)到 2cm 1，改進(jìn)了瑞利散射和復(fù)折射系 數(shù)的計(jì)算精度，增加了 disort 計(jì)算太陽(yáng)散射貢獻(xiàn)的方位角相關(guān)選項(xiàng)，并將 7 種brdf 模型引進(jìn)到模型中，使地表的參數(shù)化輸入成為可能1）modtran 輸入輸出參數(shù)控制運(yùn)行參數(shù)： 如何采用何種輻射傳輸程序，是否進(jìn)行多次散射計(jì)算等。，主要在 card1 中完

6、成， card5 提供了多重復(fù)計(jì)算的選項(xiàng)遙感器參數(shù)： 如遙感器的波段參數(shù)， 觀測(cè)的波束（波長(zhǎng)范圍），其中在 card1a 中有是否輸入遙感器波段響應(yīng)函數(shù)的選項(xiàng)， 在 card1a3 中輸 入波段響應(yīng)函數(shù)的文件名， 在 card4 中輸入模擬計(jì)算的波長(zhǎng) 范圍。大氣參數(shù)： 其中大氣模型通過 card1 中的選項(xiàng)確定，其他具體參數(shù)包括氣溶膠 主要通 Card2 來進(jìn)行選擇。觀測(cè)幾何條件： 在 card1 中有關(guān)于幾何條件的選項(xiàng)， 另外在 card3 中主要為幾何參數(shù)的輸入選項(xiàng)， 它通過多種方式組合來實(shí)現(xiàn)幾何參數(shù)的輸入，可根據(jù)計(jì)算的方便進(jìn)行選擇。地表參量： 在card1 中提供了地表參數(shù)設(shè)定的初步選項(xiàng)

7、，所以只能在 card4 根據(jù) card1 中設(shè)定的參數(shù)對(duì)地表的參數(shù)進(jìn)行具體設(shè)定。所有的輸入都通過 card1 進(jìn)行控制，然后在由后續(xù)的 card 進(jìn)行具體社這設(shè)定所有參數(shù)之后，就可以用 modtran 來模擬大氣輻射傳輸過程由衛(wèi)星獲得的表觀反射率可以表示為為目標(biāo)反射率，為大氣的路徑輻射項(xiàng)等小反射率為大氣的光學(xué)厚度，為大氣的半球反照率， 為散射透過率，在實(shí)際的工作中，我們可以用下面的公式：為遙感器接收到的輻射亮度， 為路徑的程輻射太陽(yáng)下行總輻射 ，是大氣層頂?shù)奶?yáng)輻照度 為遙感器和目標(biāo)之間的透過率， 是直射透過率，由此可以得出將遙感器接收的輻射亮度和 modtran4 模擬的大氣校正參數(shù)帶入式

8、子就可以進(jìn)行校正。大氣傳輸輻射校正模型 4 acorn 5.acorn 輻射校正模型它是一種基于圖像自身的大氣校正軟件， 可以實(shí)現(xiàn)圖像輻射值到表觀地表反射率 的轉(zhuǎn)換，其工作的波長(zhǎng)范圍是 350 2500nm在目前的大氣校正程序一般都把地表假定為水平朗伯體， 這主要是因?yàn)槲覀?一般很難獲取地表的充足信息以完成地形校正， 因此大氣校正的結(jié)果稱為拉伸的 地表反射率，又稱表觀反射率， 在地形信息已知的情況下， 可以將表觀反射率轉(zhuǎn) 為地表反射率。Acorn 所提供的最高級(jí)的大氣校正形式是基于輻射傳輸理論的，大氣校正的 方法是基于 chandrasekhar （1960，dover ）公式，下面是其簡(jiǎn)化形

9、式，描述了 太陽(yáng)輻射源、大氣、和地表對(duì)輻射的貢獻(xiàn)關(guān)系：到達(dá)遙感器的總輻射 ，大氣層頂?shù)奶?yáng)輻照度，大氣反射率地物光譜反射率，大氣上行透過率，大氣下行反射率在 acorn 的每一種基于輻射傳輸?shù)拇髿庑Ｕ呗灾卸加玫搅艘陨瞎健aorn 提供了一系列大氣校正策略，包括經(jīng)驗(yàn)法和基于輻射傳輸理論的方法，既可以對(duì)高光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行大氣校正， 也可以對(duì)多光譜圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行大氣校正，校正模式如下：1) 模式 1：對(duì)定標(biāo)后的高光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行輻射傳輸大氣校正，輸出項(xiàng)為地表 表觀反射率。2) 模式 1.5 ：對(duì)定標(biāo)后的高光譜數(shù)據(jù)利用水氣和液體水光譜你和技術(shù)進(jìn)行 輻射傳輸大氣校正。3) 模式 2：對(duì)高光譜大氣校正結(jié)果進(jìn)行

10、獨(dú)立的光譜增強(qiáng)。4) 模式 3：利用經(jīng)驗(yàn)線性法對(duì)高光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行大氣校正5) 模式 4：對(duì)高光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行卷積處理得到多光譜數(shù)據(jù)6) 模式 5 ：對(duì)定標(biāo)的多光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行輻射傳輸大氣校正7) 模式 6：對(duì)多光譜的大氣校正結(jié)果進(jìn)行獨(dú)立的光譜增強(qiáng)8) 模式 7：利用經(jīng)驗(yàn)線性法對(duì)多光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行大氣校正 為了減少大氣校正數(shù)據(jù)中殘留的認(rèn)為噪聲， acorn 提供了三種類型的抑制噪聲的 方法方法一：用于評(píng)價(jià)和校正高光譜數(shù)據(jù)集與光譜輻射轉(zhuǎn)換計(jì)算之間的光譜定標(biāo)不匹 配現(xiàn)象，主要是抑制在 760，940，1150 ，2000nm 波長(zhǎng)的強(qiáng)吸收特征附近的認(rèn) 為噪聲(表現(xiàn)為尖峰)方法二：由于絕對(duì)輻射定標(biāo)的誤差和輻射傳輸計(jì)算的誤差，在圖像數(shù)據(jù)和大 氣輻射傳輸模型間存在輻射定標(biāo)不匹配現(xiàn)象， 表現(xiàn)為整個(gè)光譜范圍內(nèi)常常由一些 小的認(rèn)為噪