大氣校正模型簡(jiǎn)述

1、大氣輻射校正模型簡(jiǎn)介1、acorn 模型它是一種基于圖像自身的人氣校正軟件，可以實(shí)現(xiàn)圖像輻射位到表觀地表反射率的轉(zhuǎn) 換，其工作的波長(zhǎng)范圍足3502500nm。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)槲覀円话愫茈y獲 取地表的充足信息以完成地形校正，因此大氣校d:的結(jié)果稱為拉仲的地表反射率，又稱表觀 反射卒，在地形信總己知的情況k,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)的人氣校正形式是基于輻射傳輸理論的，人氣校正的方法是基于 chandrasekhar （i960, dover）公式，描述了太陽(yáng)輻射源、大氣、和地表對(duì)福射的貢獻(xiàn)關(guān)系。caorn提供了一系列大氣

2、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h對(duì)定標(biāo)后的高光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行輻射傳輸人氣校正，輸出項(xiàng)為地表表觀反射率。2）模式1.5:對(duì)定標(biāo)f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)行輻射傳輸人氣校正。3）模式2:對(duì)高光譜大氣校正結(jié)果進(jìn)行獨(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)裾進(jìn)行人氣校正5）模式4:對(duì)島光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行卷積處理得到多光譜數(shù)裾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w結(jié)果進(jìn)行獨(dú)立的光譜増強(qiáng)2、lowtran 模型lowtran是一種低分辨率（

3、分辨率>20cm-l）大氣輻射傳輸模式。它提供了 6種參 考大氣模式的溫度、氣伍、密度的雨過(guò)廓線，水汽、臭氣、甲烷、一氣化碳、一氣化二氮的 混合比垂直廓線，其他13種微量氣體的垂且廓線，城鄉(xiāng)大氣氣溶膠、霧、沙尖、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。k>wtran7可以根據(jù)用戶的需要，設(shè)置水平、傾斜、及乖直路徑，地對(duì)空、空對(duì)地等各種 探測(cè)幾何形式，適用對(duì)象廣泛。lowtran7的基本算法氈括透過(guò)率計(jì)算方法，多次散射處理和 兒何路徑計(jì)算。1）多次散射處理lowtran采用改進(jìn)的累加法，自海平而開(kāi)始昀上肓至人氣的上界，全

4、而考慮整層人氣和 地表、云層的反射貢獻(xiàn)，逐層確定大氣分層每一界而上的綜合透過(guò)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(guò)率計(jì)算該模型在單純計(jì)算透過(guò)率或僅考慮單次散射吋，采川參數(shù)化經(jīng)驗(yàn)方法計(jì)算帶均透過(guò) 率，在計(jì)算多次散射吋，采用k一分介法3）光線兒何路徑計(jì)算考慮了地球曲率和人氣折射效應(yīng)，將人氣看作球血分層，逐層考慮人氣折射效極3、modtran 模型modtarn (modcratercso 1 utiontransmission)這足由美國(guó)空軍地球物理實(shí)騎(aegl) 開(kāi)發(fā)的計(jì)算人氣透過(guò)率及輻射的軟件包。modtran從lowtran發(fā)展而

5、來(lái)，它提高lowtran的 光皓分辨率。modtran的基本算法乜括透過(guò)率計(jì)算，多次散射處理和兒何路徑計(jì)算等。需要 輸入的參數(shù)有四類：計(jì)算模式，大氣參數(shù)，氣溶膠參數(shù)和云模式。modtran有四種計(jì)算?；颍和高^(guò)率，熱輻射，包栝太陽(yáng)或月亮的單次散射的輻射率，直射太 陽(yáng)輻照度計(jì)算。用modtrax進(jìn)行大氣糾正的一般步驟是:首先輸入反射率，運(yùn)行modtran得到大氣s頂(toa) 光譜輻射，解得相關(guān)參數(shù)；然后利用這些參數(shù)帶入公式進(jìn)行大氣糾正。modtran川'以計(jì)算0到50000cm 1的人氣透過(guò)率和輔射亮度，它在440nm到無(wú)限人的 波長(zhǎng)范圍精度是2cm 1,在22680到50000cm 1

6、紫外波(200-440nm)范圍的精度是20cm 一1，在給定輻射傳輸驅(qū)動(dòng)、氣溶膠和云參數(shù)、光源與遙感器的兒柯立體對(duì)和地而光譜信息 的難礎(chǔ)上，根據(jù)輻射傳輸方程來(lái)計(jì)算大氣的透過(guò)率以及輻射亮度。modtran輸入輸出參數(shù)(1) 控制運(yùn)行參數(shù)：如何采川何種輻射傳輸程序，是否進(jìn)行多次散射計(jì)算等；(2) 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)；(3) 大氣參數(shù)：其中大氣模型通過(guò)cardl中的選項(xiàng)確定，k他具體參數(shù)包括氣溶膠；(4) 觀測(cè)幾何條件：在cardl屮杏關(guān)于幾何條件的選項(xiàng)，另外在carclp主要為幾何參 數(shù)的輸入選項(xiàng)，它通過(guò)多種方式組合來(lái)實(shí)現(xiàn)兒何參數(shù)的輸入，可根據(jù)計(jì)算的方便進(jìn)行選

7、擇;(5) 地表參量：在cardl中提供了地表參數(shù)設(shè)定的初步選項(xiàng)，所以只能在card4根據(jù) cardl屮設(shè)定的參數(shù)對(duì)地表的參數(shù)進(jìn)行具體設(shè)定。所冇的輸入都通過(guò)cardl進(jìn)行控制，然后在由后續(xù)的card進(jìn)行具體社這設(shè)定所冇參數(shù) 2后，就川*以用modtran來(lái)欖擬大氣輛射傳輸過(guò)程4、5s模型1986年，法國(guó)里爾科技人學(xué)人氣光學(xué)實(shí)驗(yàn)室tanred.，deuzej.l，等人為了簡(jiǎn)化人氣輻射 傳輸方稅，開(kāi)發(fā)了太陽(yáng)光譜波段衛(wèi)星信號(hào)模擬積序5s( simulation of the satellite signal in the solar spectrum),用來(lái)模擬地氣系統(tǒng)中太捫輻射的傳輸過(guò)程并計(jì)算 衛(wèi)

8、星入瞳處輻射亮度。5、6s模型1997年，美國(guó)馬里蘭大學(xué)地理系eric vemote對(duì)5s進(jìn)行了改進(jìn)，發(fā)展到6s (second simulation of the satellite signal in the solar spectrum)，6s 吸收了最新的散射計(jì) 算方法，使太陽(yáng)光譜波段的散射計(jì)兌精度比5s有所提高。6s (second simulation of the satellite signal in the solarspectrum)大氣校 正模型是eric f. vermote etal. (1997)在5s模型的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。6s模型可以很 好地模擬太陽(yáng)光在太陽(yáng)一地

9、面0標(biāo)一傳感器的傳輸過(guò)程中所受到的人氣影響。相對(duì)于5s模 型，6s模型考慮了地面f)標(biāo)的海拔高度、非朗伯平面的情況和新的吸收氣體種類(ch4, n20, co)。通過(guò)采川theartapproxiination近似兌去和sos運(yùn)兌法則，提離了瑞利和(熔膠散射 作川的計(jì)算精度。光譜步長(zhǎng)提尚到了 2. 5nmo 6s校型建立在輻射傳輸理論基礎(chǔ)之上，模型應(yīng) 用范圍廣，不受研究區(qū)特點(diǎn)及目標(biāo)類型等的影響。6s描述了大氣如何影響輻射在太陽(yáng)一地表一遙感器之間的傳輸。需要輸入的參數(shù)冇： 幾何參數(shù)(遙感器類型、成像年月日和經(jīng)緯度；大氣中的水和臭氧濃度；氣溶膠濃度；輻射 條件、觀測(cè)波段和海拔高度；地表覆蓋類型和反

10、射率。6s預(yù)先設(shè)置了 50多種波段模型，包 拈.mod1s, avi1rr, tm等常見(jiàn)傳感器的可見(jiàn)光近紅外波段。它其中主要包括以下幾個(gè)部分：太陽(yáng)、地物與傳感器之間的兒何關(guān)系；大氣模式；氣溶膠模式；傳感器的光譜特性；地表反射率。這5個(gè)部分便構(gòu)成了輻射傳輸模型，考慮了人氣頂?shù)奶?yáng)輻射能w:通過(guò)人氣傳遞到地 表，以及地表的反射輻射通過(guò)大氣到達(dá)傳感器的整個(gè)輻射傳輸過(guò)程。6s的輸入?yún)?shù)主耍有9個(gè)部分組成：(1) 兒何參數(shù)(2) 大氣模式(3) 氣溶膠模式(4) 氣溶膠濃度(5) 地面高度(6) 探測(cè)器高度(7) 探測(cè)器的光譜條件(8) 地表特性(9) 表觀反射率6、flaash 模型它是env1下的一

11、個(gè)模塊，flaash參數(shù)：(1) 閣像中心點(diǎn)坐標(biāo)可以從相應(yīng)的hdf文什屮找到，也可以從屏幕上h接讀取影像的屮心坐標(biāo)，對(duì)反演結(jié)果影 響不人。當(dāng)影像位于西半球吋，經(jīng)度為負(fù)值；(2) 傳感器類型當(dāng)選擇傳感器類型時(shí)，模塊會(huì)選擇相應(yīng)的類型的傳感器波段響應(yīng)函數(shù)，同時(shí)系統(tǒng)一般會(huì)自動(dòng) 沒(méi)置傳感器的高度和圖像的空間分辨率；(3) 海拔高度海拔高度為研究區(qū)的平均海拔；(4) 數(shù)據(jù)獲収日期和衛(wèi)星過(guò)境時(shí)間；衛(wèi)星過(guò)境時(shí)間為格林尼治時(shí)間，可以從相應(yīng)的hdf文件中找到；(5) 人氣模型模塊提供熱帶、中緯度夏季、巾緯度冬季、極地夏季、極地冬季和美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)大氣模型，研究 者根裾數(shù)裾獲取時(shí)間選擇相應(yīng)的大氣模型；(6) 水氣反演大多

12、數(shù)多光譜數(shù)據(jù)不推薦反演水汽含量；(7) 氣溶膠模型可供選擇的氣溶膠模型柯無(wú)氣溶膠、城市氣溶膠、鄉(xiāng)村氣溶膠、海洋氣溶和對(duì)流層氣溶膠模 型。當(dāng)能見(jiàn)度人于40km吋，氣溶膠類型選擇對(duì)反演沒(méi)宥太多影響，一般情況下利川aster 數(shù)據(jù)不做氣膠反演；7、atcor 模型全稱：atmospheric correction and haze reduction for erdas imagine from geosystems。erdas下的一個(gè)人氣校正的附加模塊，用于糾正地球表血地物光譜反射的變化和去除薄 云及霧霜。atcor2 (2維)以2維的形式為大氣的影響開(kāi)發(fā)模型，因此適用于坦地區(qū)的 閣像，4以處理大s:的衛(wèi)星影像。atcor3是erdas imagine推fli的為山區(qū)閣像進(jìn)行大氣糾正的附加模塊，需耍成像區(qū)域的dem。進(jìn)行大氣校正前，先利川模塊的atc0r3 derivet