MODTRAN使用要點(diǎn)精解

MOD37使用要點(diǎn)MODTRAN文件輸出文件輸入Edit|EditFileModtranASCIIusr名目下有：Modout1、Modout2、Modout3Modout1包含完整結(jié)果，波段平均透過率、輻亮度在最終一段。INTEGRATEDABSORPTIONFROM 625TO25000CM-1= 7170.3120CM-1AVERAGETRANSMITTANCE=0.7058INTEGRATEDTOTALRADIANCE= 2.602227E-03WATTSCM-2STER-1(FROM625TO25000CM-1)MINIMUMSPECTRALRADIANCE= 0.000000E+00WATTSCM-2STER-1/CM-1AT25000CM-1MAXIMUMSPECTRALRADIANCE= 1.168842E-05WATTSCM-2STER-1/CM-1AT 640CM-1BOUNDARYTEMPERATURE=BOUNDARYEMISSIVITY =輸入文件數(shù)據(jù)庫文件

0.0001.000文件。1NOVAM參數(shù)文件：文件名.NPR，6000米以下海面氣溶膠分布，較以前海洋氣溶膠模型有明顯改進(jìn)。濾波器函數(shù)文件：文件名.FLT濾波器函數(shù)可用于計(jì)算有效大氣透過率或有效路徑輻亮度。濾波器函數(shù)包含Modtran80個(gè)波數(shù)點(diǎn)的相對(duì)響應(yīng)。掃描函數(shù)文件：文件名.SCNModtran1cm-1，為降低輸出數(shù)據(jù)的光譜區(qū)分率，Modtran供給了掃描功能，可將輸出光譜數(shù)據(jù)與一個(gè)狹縫函數(shù)進(jìn)展卷積運(yùn)算。狹縫函數(shù)可以是三角形、矩形、Sinc.、Sinc.平方等函數(shù)。FWHM是狹縫函數(shù)的半寬度，最小設(shè)置值2cm-1，最大設(shè)置值50cm-1。因此，Modtran2cm-1。輸入的頻率增量〔步長(zhǎng)〕DV是指輸出光譜數(shù)據(jù)采樣間隔，用波數(shù)表示，并ModtranDV100c-1FWHM2100cm-12cm-1，波數(shù)位于100cm-1采樣間隔區(qū)的大氣強(qiáng)吸取峰或輻射峰均不予計(jì)算。MODTRAN概述概述MODTRAN〔中區(qū)分率透過率的英文縮寫〕是美國(guó)空軍爭(zhēng)論試驗(yàn)室開發(fā)的2LOWTRAN升級(jí)產(chǎn)品。實(shí)際上，MODTRAN包含了可供用戶選用的LOWTRAN完整模型。MODTRAN可計(jì)算特定大氣路徑的透過率和輻亮度。它既可作為獨(dú)立的程序運(yùn)行，可可作為子程序或分立的模塊運(yùn)行。MODTRAN源程序用FORTRAN77編寫，可向終端用戶供給源代碼。MODTRAN計(jì)算波數(shù)范圍0－50000cm-1，即最小波長(zhǎng)0.2um。按1cm-1波數(shù)間隔分割，即計(jì)算步長(zhǎng)1cm-1。大氣分層大氣高度0－100km，依據(jù)氣壓、溫度、分子吸取與消光系數(shù)對(duì)大氣層進(jìn)展33層。MODTRANLOWTRAN的比較：LOWTRAN計(jì)算的光譜范圍與MODTRAN一樣，但計(jì)算步長(zhǎng)為5cm-1，20cm-1。LOWTRAN的近似分子吸取帶模型僅有吸取系數(shù)、分子密度刻度函數(shù)等參數(shù)。要用作工作于下層大氣和地外表戰(zhàn)術(shù)系統(tǒng)大氣傳輸計(jì)算的關(guān)心工具，40LOWTRAN7計(jì)算精度大大降低。MODTRAN的分子吸取帶模型有吸取系數(shù)、譜線密度、平均譜線密度等個(gè)溫度有關(guān)參數(shù)。MODTRAN在對(duì)1cm-1波數(shù)間隔內(nèi)吸取譜線積分時(shí)考慮了譜線的外形。MODTRAN適合大氣路徑高度30公里以上的透過率計(jì)算，但不適合大氣路徑高度60公里以上的透過率計(jì)算，由于很多分子不處于局部的熱力學(xué)平衡狀態(tài)，不能依據(jù)四周的溫度確定分子帶的輻射。MODTRAN大氣透過計(jì)算包括：1〕氣體分子譜線吸??；3氣體分子連續(xù)吸取；氣體分子散射；氣溶膠吸取和散射；MODTRAN路徑輻亮度計(jì)算包括：1〕大氣自身輻射；以單次散射方式進(jìn)入路徑的太陽和/或月亮輻亮度；斜路徑對(duì)天觀看時(shí)的直接太陽輻照度；以屢次散射方式進(jìn)入路徑的太陽和/或月亮輻亮度以及地球輻亮度。大氣路徑類型與參數(shù)MODTRAN計(jì)算時(shí)，要求先輸入路徑類型，再輸入路徑參數(shù)。水平路徑2個(gè)參數(shù)，即觀看點(diǎn)高度、路徑長(zhǎng)度。這里的水平路徑系短路徑，不是長(zhǎng)路徑。4斜路徑可選用的斜路徑參數(shù)包括：

觀看點(diǎn)高度〕；輻射源高度〕；HMIN：正切高度，僅用于長(zhǎng)程。正切高度是路徑至地球的最低高度。r： 徑的長(zhǎng)度大于此值。：天頂角，觀看點(diǎn)的重垂線與路徑的夾角；： 地心對(duì)觀看點(diǎn)、源點(diǎn)的張角。36種設(shè)置方法：1〕H1，2〕H1，

，H2；，r；3〕H1，H2，r；4〕H2，H1, ；5〕H2，H1, ；6〕H2，

r。5斜路徑至太空確定一個(gè)至太空的斜路徑需要輸入2個(gè)參數(shù)，共有3種設(shè)置方法：1〕H1， ；H1，HMIN；HMIN， ；2種方法主要用于臨邊探測(cè)(LimbViewing)。氣溶膠模型煙灰、海面噴沫、霧等。氣溶膠顆粒大小變化很大，僅存在于局部區(qū)域。氣溶膠分布與海拔高度有關(guān)，MODTRAN4層，分別建立氣溶膠模型。1〕邊界層(0-2km)；2〕對(duì)流層頂部(2-10km)；3〕同流層底部(10-30km)；4〕同流層〔中間層〕(30-100km)。模型主要有：農(nóng)村、都市、海洋、對(duì)流層、霧等。670％的可溶物質(zhì)〔氨、硫酸鈣及有機(jī)化合物〕和占30％類灰塵氣溶膠混合而成。海洋的氣溶膠模型由鹽顆粒和背景兩局部組成，鹽顆粒是海水飛沫蒸發(fā)后再分散核水汽形成的較大顆粒，存在于離海面10－20米高處。海洋的背景氣溶膠與陸地農(nóng)村氣溶膠相仿，唯一不同是沒有格外大的顆粒。都市氣溶膠模型由占比20％的燃燒生成物或工業(yè)源形成的類煙塵氣溶膠，其80％為農(nóng)村氣溶膠。對(duì)流層氣溶膠模型代表了一種格外清徹天氣條件，能見度50公里。對(duì)流層頂部(2-10km)的氣溶膠比邊界層均勻的多，大顆?？焖傧鳒p。同流層底部(10-30km)的氣溶膠主要受季節(jié)影響，由于對(duì)流層頂部的高度是隨季節(jié)變化的變化。該層呈全球均勻分布，不受地理環(huán)境影響，主要顆粒是光化學(xué)反響產(chǎn)生的硫酸鹽顆粒和火山噴發(fā)時(shí)的火山灰。高層大氣的主要?dú)馊苣z是流星灰。大氣模型大氣模型。標(biāo)準(zhǔn)的大氣模型有：1〕1976年美國(guó)“標(biāo)準(zhǔn)”大氣：1976年，由美國(guó)制定，用中緯度平均值表示。15°。45°，7月。45°，1月；60°，7月；60°，1月346種模型大H2O、CO2、O311種氣體含量隨高度的分布。例如：中緯度夏天模型大氣的氣壓、溫度及水分子含量的高度分布如下表所示。7MODTRAN屏幕輸入MODTRAN的屏幕輸入?yún)?shù)有模型大氣〔ModelAtmosphere〕、氣溶膠(Aerosol)、幾何參數(shù)和光譜帶(GeometryandSpectralBand)3大類，參數(shù)輸入屏幕上分別用1、2、3〕標(biāo)注?！澳Ｐ痛髿狻陛斎?yún)?shù)屏幕標(biāo)題：ModelAtmosphere(1)8計(jì)算選擇MODTRANMODTRANLOWTRAN模型。大氣模型大氣模型包括標(biāo)準(zhǔn)大氣模型和用戶自定義。標(biāo)準(zhǔn)模型大氣與 LOWTRAN一樣，共6種，其中1976年美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)大氣是一種標(biāo)準(zhǔn)的大氣模型，其余5種模型反映了季節(jié)、緯度對(duì)大氣性質(zhì)的影響。用戶自定義大氣模型有兩種，要求用戶輸入氣象數(shù)據(jù)。路徑類型大氣路徑有水平路徑、斜路徑、斜路徑至太空3種。需輸入的路徑參數(shù)如前所述，在“幾何參數(shù)和光譜帶”屏幕上輸入。運(yùn)行方式MODTRAN有透過率〔Transmittanc〕、熱輻射亮度〔ThermalRadianc、有散射輻亮度RadiancewithScatterin〕、太陽直射照度DirectSolar等四種運(yùn)行模式透過率過率之積。透過率運(yùn)行模式下，可輸出以下結(jié)果：總路徑透過率；H2O，CO2,O3等吸取氣體的透過率；分子散射的透過率；9氣溶膠透過率。熱輻射亮度熱輻射亮度模式〔MODE=1〕可計(jì)算路徑大氣輻射的輻亮度〔即大氣輻亮度〕和路徑的總透過率，大氣輻射主要在熱紅外波段，故稱大氣熱輻射。熱輻射亮度運(yùn)行模式下可輸出以下結(jié)果：總路徑透過率〔Trans.Total〕－與路徑類型、路徑大氣吸取、散射的衰減系數(shù)有關(guān)。路徑熱輻射〔PathThermal〕－路徑大氣熱輻射的光譜輻亮度。熱散射〔ThermalScat〕－路徑外大氣熱輻射經(jīng)散射進(jìn)入路徑的光譜輻亮度，通?？蔁o視。外表輻射〔SurfaceEmission〕－特定溫度、比輻射率邊界層外表熱輻射產(chǎn)生的光譜輻亮度。地面反射的總輻亮度〔TotalGroundReflected〕－大氣熱輻射經(jīng)地面反射產(chǎn)生的光譜輻亮度，通?？蔁o視。10〔TotalRadiance〕–2343〕5〕可無視，總輻亮度2〕4〕輻亮度之和。光學(xué)深度〔OpticalDepth〕－單位：Km-1，應(yīng)是衰減系數(shù)，光學(xué)深度〔大氣質(zhì)量〕是衰減系數(shù)對(duì)路的積分。邊界層可以是地球、云、飛機(jī)等，MODTRAN假設(shè)邊界層均為灰體，用戶須輸入邊界層溫度和外表反射率〔SurfaceAlbedo〕，以確定外表放射的輻亮度。邊0，此時(shí)邊界層溫度依據(jù)大氣模型確定。如不用缺省值，用戶可輸入邊界層確實(shí)定溫度和外表反射率。比輻射率等于〔1－外表反射率01，即認(rèn)為是黑體。MODTRAN也供給了幾種典型的邊界層，包括：雪、森林、植被、草地、海洋、沙漠等，這幾種典型邊界層在紅外波段的光譜反射率和光譜比輻射率都是確定的。例如：雪Snowcover(fresh)Spectralcoverageis1.4to50.micrometers(200to7143wavenumbers)Wavelength RHO EPS反射率 比輻射率1.40.48.521.46.05.951.55.05.951.85.24.761.93.02.982.08.02.982.25.17.832.35.06.942.45.02.983.00.02.98113.20.07.935..02.9820..02.9850.森林.02.98沙漠云12海洋Ocean(notgrazingangles)Spectralcoverageis1.0to14.micrometers(714to10000wavenumbers)WavelengthRHOEPS1.0.03.971.5.03.972.0.02.982.6.01.992.9.05.953.4.02.984.0.02.986.0.02.988.0.01.9910..02.9812..04.9614..06.94HY145°傾角觀看海面的路徑輻亮度和透過率。輸入文件：PcModWin37\Usrer\HY1熱輻射輻亮度〔全波段〕.ltn輸入?yún)?shù)：中緯度、夏天，23300K0.03。13輸出曲線如圖，大氣熱散射、地面反射的熱輻射均可無視，觀看點(diǎn)的總輻亮CO2吸取帶的大氣輻射，來自地球外表的輻射可以無視。有散射輻亮度熱輻射亮度運(yùn)行模式的路徑輻亮度只考慮路徑大氣和地面的熱輻射，有散射輻亮度運(yùn)行模式〔MODE=2〕的路徑輻亮度不僅考慮路徑大氣和地面的熱輻射，〔太陽、月亮、地球等〕產(chǎn)生的大氣散射輻亮度和地面反射輻亮度。路徑大氣的散射有分子散射、氣溶膠散射，分子散射主要影響可見光波段的14大氣散射進(jìn)入路徑將增加路徑的輻亮度。MODTRAN的單次散射僅計(jì)算太陽或月亮光散射后進(jìn)入路徑，不考慮進(jìn)入路徑散射光再次散射，離開路徑。散射輻亮度和觀看方向與太陽/月亮照耀的相對(duì)位置遙感，計(jì)算時(shí)須輸入太陽/月亮幾何位置〔Solar/LunarGeometry〕相關(guān)參數(shù)。有散射輻亮度運(yùn)行模式下，可輸出以下結(jié)果：－與路徑類型、路徑大氣吸取、散射的衰減系數(shù)有關(guān)。路徑熱輻射〔PathThermal〕－路徑大氣熱輻射的輻亮度。熱散射〔ThermalScat〕－大氣熱輻射經(jīng)散射進(jìn)入路徑的輻亮度，通?？蔁o視。外表輻射〔SurfaceEmission〕－特定溫度、比輻射率界面熱輻射產(chǎn)生的輻亮度。太陽散射輻亮度〔SolarScatterRadianc。－太陽輻射經(jīng)散射進(jìn)入路徑并到達(dá)觀看點(diǎn)的輻亮度。單次散射輻亮度〔SingleScatterRadiance〕射輻亮度?？偟孛娣瓷洹睺otalGroundReflected〕－太陽光地面反射產(chǎn)生的輻亮度，包括太陽直射光地面反射和散射光地面可無視。直接地面反射〔DirectGroundReflected〕－太陽直射的地面反射的輻亮度〔p3809〕總輻亮度〔TotalRadiance〕－觀看點(diǎn)在視線方向接收到的輻亮度，是路徑大氣熱輻射、地面熱輻射、15總輻亮是路徑大氣熱輻射、地面熱輻射輻亮度之和。在VIS、NIR、SW波段，路徑大氣熱輻射可無視，總輻亮度是路徑大氣太陽散射和地面反射輻亮度之和。太陽反射輻亮度〔ReflectedSolar〕－大氣層外太陽光100％漫反射產(chǎn)生的輻亮度，可作為外層空間太陽輻射基準(zhǔn)。觀看點(diǎn)太陽反射輻亮度〔SolaratObserver〕100％漫反射產(chǎn)生的輻亮度，可作為觀看點(diǎn)處太陽輻射的基準(zhǔn)。12〕光學(xué)深度(OpticalDepth)的積分。HY145°傾角觀看海面的路徑輻亮度和透過率。輸入文件：HY1太陽散射輻亮度〔全波段〕.ltn。輸入?yún)?shù)：太陽天0°。中緯度、夏天，23300K0.03。徑大氣的熱輻射輻亮度之和，大氣散射、海面反射均可無視。16陽散射遠(yuǎn)強(qiáng)于海面反射。太陽直射照度Irradiance”〕運(yùn)行模式〔MODE=3〕可計(jì)算：1〕大氣層外的太陽正入射的光譜輻照度；太陽透過大氣到達(dá)觀看點(diǎn)的光譜輻照度；路徑透過率。這里的大氣層外太陽照度或觀看點(diǎn)太陽照度商定為正入射照度。太陽的入射照度和地面照度〔天頂角0°，VIS-LWIR〕17太陽的入射照度和地面照度〔0°，VIS-NIR〕至海面大氣透過率〔0°，VIS-NIR〕 “氣溶膠”輸入?yún)?shù)屏幕標(biāo)題：Aerosole(2)氣溶膠模型NoAerosolAttenuation =0=noaerosoleffectsincludedinthecalculationRural-VIS=23km=1=RURALextinction,defaultVIS=23kmRural-VIS=5km =2=RURALextinction,defaultVIS=5kmNavyMaritime =3=NAVYMARITIMEextinction,setsitsownVISMaritime-VIS=23km =4=MARITIMEextinction,defaultVIS=23kmUrban-VIS=5km

=5=URBANextinction,defaultVIS=5km18Tropospheric-VIS=50km =6=TROPOSPHERICextinction,defaultVIS=50kmUserDefined-VIS=23km =7=USERDEFINEDextinction,defaultVIS=23kmFogadvection-VIS=.5km =8=FOG1(advectionfog)extinction,defaultVIS=0.2kmFogradiation-VIS=.2km =9=FOG2(radiationfog)extinction,defaultVIS=0.5kmDesertextinction =10=DESERTextinction,setsitsownVISfromWSS氣溶膠模型季節(jié)修正主要對(duì)季節(jié)變化引起對(duì)流層高度的變化進(jìn)展修正?！皫缀挝恢煤凸庾V帶”輸入?yún)?shù)屏幕提示：Geometry andSpectralBand(3)路徑參數(shù)”水平路徑、斜路徑等〕，再在屏幕3h的框中選擇路徑參數(shù)設(shè)置方法〔如高度、天頂角、路徑長(zhǎng)度等〕，方可輸入具體路徑參數(shù)。每個(gè)路徑參數(shù)均可設(shè)置初值、終值、步長(zhǎng)，即可得到多組路徑參數(shù)的計(jì)算結(jié)果。光譜帶參數(shù)須輸入的參數(shù)包括：初始、終值、增量或狹縫函數(shù)的半寬度(FWHM)的波數(shù)(cm-1)或波長(zhǎng)(umnm)。太陽/月亮幾何位置入太陽/3種：輸入觀看點(diǎn)和太陽的地平經(jīng)度、地平緯度；輸入內(nèi)容包括：太陽日： 1－365，僅用于修正日地距離；觀看點(diǎn)經(jīng)緯度：地經(jīng)〔0°－360°〕、地緯〔90－90〕19太陽經(jīng)緯度： 連線與地球交點(diǎn)的地經(jīng)、地緯；路徑方位角： 0-360°〔正北為0°，正東為90°〕。輸入觀看點(diǎn)經(jīng)緯度、太陽日〔1-365〕和觀看時(shí)刻的格林威治時(shí)間；輸入內(nèi)容包括：太陽日： 1－365，用于修正日地距離和太陽的視位置；觀看點(diǎn)經(jīng)緯度：地經(jīng)〔0°－360°〕、地緯-90－90〕時(shí)間： 觀看時(shí)刻的Greenwich時(shí)間；路徑方位角： 0-360°〔正北為0°，正東為90°〕?！惨暰€與日地連線地面投影的夾角〕和觀看點(diǎn)的太陽天頂角輸入內(nèi)容包括：太陽日： 1－365，僅用于修正日地距離；視線方位角： -180°－180°，所謂視線方位角實(shí)際上是視線轉(zhuǎn)至日地連線在方位方向轉(zhuǎn)過的角度，由北往東為正，反之為負(fù)。太陽天頂角： 0°－90°；Nsun pathW EpathlosS太陽光散射與散射角〔太陽光線與視線之間的夾角〕有關(guān)。方法1用太陽的地經(jīng)、地緯確定太陽光的入射方向，視線方向由路徑的天頂角、方位角202的太陽光入射方向是依據(jù)太陽日、時(shí)間而定，視線方向仍由路徑的天頂角、方位角而定。如何確定觀看點(diǎn)太陽的天頂角、方位角可參見附2。由于路徑天頂角已設(shè)定，方法3要求輸入太陽天頂角和觀看視線與日地連線之間的方位角，已能完全確定太陽光與視線的相對(duì)位置，不必再要求輸入太陽和視線的方位角。附錄1：MODTRAN計(jì)算海洋衛(wèi)星波段輻亮度HY-1技術(shù)參數(shù)衛(wèi)星軌道

2.3衛(wèi)星平臺(tái)相關(guān)參數(shù)798km，降交10:3030min衛(wèi)星姿軌控三軸穩(wěn)定，對(duì)地定向姿勢(shì)測(cè)量精度偏航 0.3 ，滾動(dòng)、俯仰0.2姿勢(shì)指向精度姿勢(shì)穩(wěn)定度偏航 0.5 ，滾動(dòng)、俯仰三軸 0.01 /s0.4HY－1對(duì)可見光通道的靈敏度要求為：表2.26測(cè)量條件編號(hào) 譜段(μm)

S/;NE T〕

NE L1〕1 1〕1 μm-1〕B10.402～0.4229.103490.026B20.433～0.4538.414720.018B30.480～0.5006.564670.014B40.510～0.5305.464480.012B50.555～0.5754.574170.011B60.660～0.6802.463090.008

cm-2

Sr-1

μm-

〔mW cm-2 Sr-21B70.740～0.7601.612020.008B80.845～0.8851.093270.003計(jì)算大氣層外和海面太陽輻照度3，輸入?yún)?shù)：氣溶膠模型：洋面〔MaritimeVIS=23km〕;路徑參數(shù)： 觀看點(diǎn)高度0公里，太陽天頂角0°。光譜帶：0.4-0.9um大氣層外太陽照度的光譜曲線與5900K黑體的光譜曲線并不完全全都。因MODTRAN計(jì)算結(jié)果有少量差異。用普朗克定律可計(jì)算大氣層外，太陽的波段輻照度如下：H S kk5900K黑體波段出射度與全波段出射度之比。22大氣層外太陽的光譜輻照度為：HH譜段(μm)

用Plank定律計(jì)算大氣層外太陽光譜輻照度

MODTRAN方式3計(jì)算大氣層外太陽光譜輻照度0.402～B10.4220.555～

k2.47E-2

H H HaWcm-2um-1WcmWcm-2um-1Wcm-2um-10.1690.1740.1750.1800.09750.091E-33.50B5 2.56E-20.5750.845～B8 2.85E-20.885

E-33.90E-3計(jì)算HY-1處的光譜輻亮度2，輸入?yún)?shù)：氣溶膠模型：洋面〔Maritime海水： 溫度30