6S辐射传输模型说明 - 副本
遥感物理-辐射传输模型（原创）
冠层反射率模型—辐射传输模型1、在冠层反射率模型中，通常分为两类，即几何光学模型与辐射传输模型。
2、一种是几何特征明显（如树木、灌丛、成垄分布的农作物等），另一种则无明显几何特征（如大面积的草地、已封垄的农作物等）。
3、由于相互融合，两类模型现在已经区分不明显了，即以几何光学为基础的模型加入了对多次散射的考虑，而以辐射传输为基础的模型加入了对热点现象的考虑。
4、热点(hot spot)现象：即当传感器与太阳位于同一方向时，传感器所接收的地面辐射最强（地面反射率最大、地面光强最强、最热）。
几何光学模型可以较好地解释热点现象。
5、热点现象产生机制：1）阴影隐藏机制，几何光学模型解释2）后向散射的相干机制，两个光线以不同的方向经过同一路径时，在后向散射方向会发生波的相干加强。
6、“碗形”分布对于水平均匀分布的植被,如果叶面积足够大,其BRF具有“碗形”分布，即反射率在星下点最小，随着天顶角的增加而增加。
原因：1）路径中散射体增加2）植被累积面积增大7、“丘形”分布在背景土壤反射率较高（如红光波段）而且植被较为稀疏的情况下，反射率会出现“丘形”分布。
原因：1）星下点背景反射率影响较大8、叶面积指数单位面积内所有叶子单面面积之总和。
也可表示为叶面面积之总和与所占面积之比。
无单位量纲，是农学、植被生态学中最重要、最常用的参数。
9、植被辐射传输模型植被遥感接收的信息是植被上界的出射辐射（不考虑大气影响），它是辐射在植被—土壤耦合体系中多次散射和吸收的结果，而辐射传输理论可以比较系统、较完整地描述该过程。
通过辐射传输理论，我们可以准确地计算植被上界的出射辐射量，或根据这一信息反演植被的光学特性和结构特性，因而从理论的高度解决了植被遥感的定量化问题。
10、植被遥感传输理论的三个里程碑成果：（1）1950年，Chandrasekhar给出辐射传输方程的具体表达式，并在大气和核物理等研究领域迅速得到应用和发展。
（2）1953年，门司正三和佐伯敏郎（Monsi and Saeki）从实测测定和理论推导两方面建立了光强对叶面积的依赖关系。
大气辐射传输模型
[转载]大气辐射传输模型已有 968 次阅读2010-11-6 14:31|个人分类:未分类|系统分类:科普集锦|关键词:辐射传输转自/s/blog_4b700c4c0100jgl7.html相对辐射校正和绝对辐射校正基于物理模型的绝对辐射校是利用一系列参数(例如，卫星过境时的地物反射率，大气的能见度，太阳天顶角和卫星传感器的标定参数等)将遥感图像进行校正的方法。
仪器引起的误差畸变一般在数据生产过程中由生产单位根据传感器参数进行了校正。
对于用户来所，绝对辐射校正的方法主要是辐射传输模型法，该方法校正精度较高，它是利用电磁波在大气中的辐射传输原理建立起来的模型对遥感图像进行大气校正的方法。
由于有不同的不同的假设条件和适用的范围，因此产生很多可选择的大气较正模型，例如 6S模型、LOWTRAN模型、MODTRAN模型、ATCOR模型等。
基于统计模型的相对辐射校正,主要包括不变目标法、黑暗像元法与直方图匹配法等等。
不变目标法假定图像上存在具有较稳定反射辐射特性的像元，并且可确定这些像元的地理意义，那么就称这些像元为不变目标，这些不变目标在不同时相的遥感图像上的反射率将存在一种线性关系。
当确定了不变目标以及它们在不同时相遥感图像中反射率的这种线性关系，就可以对遥感图像进行大气校正。
黑暗像元法的基本原理就是在假定待校正的遥感图像上存在黑暗像元区域、地表朗伯面反射、大气性质均一，忽略大气多次散射辐照作用和邻近像元漫反射作用的前提下，反射率很小的黑暗像元由于大气的影响，而使得这些像元的反射率相对增加，可以认为这部分增加的反射率是由于大气程辐射的影响产生的。
利用黑暗像元值计算出程辐射，并代入适当的大气校正模型，获得相应的参数后，通过计算就得到了地物真实的反射率。
直方图匹配法是指如果确定某个没有受到大气影响的区域和受到大气影响的区域的反射率是相同的，并且可以确定出不受影响的区域，就可以利用它的直方图对受影响地区的直方图进行匹配处理。
遥感物理讲座 第十章 遥感辐射传输及模型发展
0.08
HOT SPOT
HOTSPOT-DARKSPOT DARKSPOT
NADIR
in the red band Reflectance Reflectance in the Red band
0.07
0.06
0.05
DARK SPOT
0.04
0.03
0.02 -nc et al., 1999
View Factors from foliage
Sky Sunlit Foliage Shaded Foliage
Shaded Background
Sunlit Background
Multiple Scattering
Sky diffused light
《遥感物理》课程讲座-10 ----植被遥感辐射传输模型
目 录
大气辐射传输模型（6S、MODTR4） 水体辐射传输模型（GODEN） 植被辐射传输模型（RT） 植被几何光学模型（GO）
一、植被遥感模型概述
Three examples of different canopy architecture
-60 -30 0 30 60 90
View Zenith Angle View zenith angle
图 在不同观察角度上模拟的树冠反射率，相当于由传感器－地物－太阳所形成的观察平面与太阳主 平面平行。
CONIFER FOREST JUNE 6-10, 1997
Airborne POLDER Measurements and simulations of an old black spruce stand
（3）背景阴影面积（斜阴影条）： 三块面积之和为：
三、垂直视条件下的几何光学模型
基于6s的Sentinel影像大气校正研究
基于6s的Sentinel影像大气校正研究摘要：Sentinel影像的高分辨率和海量数据为应用提供了广阔的空间。
然而，由于大气散射和吸收对遥感图像质量的影响，遥感图像在实际应用中经常受到大气干扰。
基于此，该文提出了一种基于Python的Sentinel影像大气校正方法。
首先，采用6S模型对大气参数进行反演，然后对影像进行辐射校正。
校正后影像光谱曲线与地面实测光谱曲线的变化趋势一致,具有较高的拟合度。
模型大气校正的结果具有较强的相关性和较高的精度。
实验结果表明，该方法能够有效地降低Sentinel影像的大气干扰，提高遥感图像的质量和信度。
关键词：Sentinel影像，大气校正，6S模型，Python1.引言Sentinel影像的高分辨率、广覆盖范围和丰富的信息量使其成为遥感领域的研究热点[1]。
然而，由于大气散射和吸收对遥感图像质量的影响，Sentinel影像在实际应用中经常受到大气干扰。
因此，在Sentinel影像的处理过程中，如何减少大气干扰，提高图像的质量和信度成为了一个重要的问题和挑战。
遥感影像大气校正是一种重要的遥感数据处理方法[2]，主要用于去除由大气介质对遥感图像所产生的影响。
这些影响包括大气散射、吸收和反射等，会导致遥感影像中的亮度和色彩变化，从而对遥感数据的定量分析和应用造成不利影响。
因此，通过大气校正，可以使遥感数据更加准确，从而提高数据的应用价值。
目前，常见的遥感影像大气校正方法主要包括：6S模型法、DOS模型法、MODIS气溶胶算法和FLAASH方法等[3]。
其中，6S模型法是最为广泛应用的一种方法[5]，主要基于一个称为“6S（Second Simulation of the Satellite Signal in the Solar Spectrum）”的大气辐射传输模型，并结合遥感数据进行模拟计算和校正。
此外，也有基于深度学习和卷积神经网络等技术的遥感影像大气校正方法[4]。
遥感辐射传输模型
遥感辐射传输模型*名：**学院：地球科学与环境工程学院专业：遥感科学与技术班级：遥感一班提交时间：2015年5月10日大气订正是遥感技术的重要组成部分，主要包括大气参数估计和地表反射率反演两个方面。
如果获得了大气特性参数，进行大气订正就变得相对容易，但是获得准确的大气特性参数通常比较困难。
通常有两类方法用辐射传输方程计算大气订正函数：一种是直接的方法，对于大气透过率函数和反射率函数，通过对模型的积分来得到；另一种是间接的方法，他不是直接计算所需要的大气订正函数，而是通过辐射传输模型输出的表观反射率，结合模型输入的参数来求解。
大气订正方法有很多，比如：基于图像特征的相对订正法、基于地面线形回归模型法、大气辐射传输模型法和复合模型法等。
它是利用电磁波在大气中的辐射传输原理建立起来的模型对遥感图像进行大气订正的方法。
其中，大气辐射传输模型(Atmospheric Radiative Transfer Model)法是较常用的大气订正方法，它用于模拟大气与地表信息之间耦合作用的结果，其过程可以描述为地表光谱信息与大气耦合以后，在遥感器上所获得的信息，其中考虑了光子与大气相互作用机理，物理意义明确，具有很高的反演精度。
大气辐射传输原理电磁辐射在介质中传输时，通常因其与物质的相互作用而减弱。
辐射强度的减弱主要是由物质对辐射的吸收和物质散射所造成的，有时也会因相同波长上物质的发射以及多次散射而增强，多次散射使所有其它方向的一部分辐射进入所研究的辐射方向。
当电磁辐射为太阳辐射，而且忽略多次散射产生的漫射辐射时，光谱辐射强度的变化规律可以表述为[1]（1）式中，IΛ是辐射强度， s是辐射通过物质的厚度，ρ是物质密度,KΛ表示对波长λ辐射的质量消光截面。
令在s=0 处的入射强度为Iλ（0），则在经过一定距离s1后，其出射强度可由式(1)积分得到（2）假定介质是均匀的，则kλ与距离s无关，因此定义路径长度（3）则式(2)可表示为（4）上式就是比尔定律，也称朗伯定律。
六节辐射传热
E1 A2E1
(1-A2) E1
E1 = E1 + (1-A1) E2 (a) E2 = E2 + (1-A2) E1 (b) 辐射传热量:
q 1-2 = E1 - E2 (W/m2)
E1 = E1 + (1-A1) E2 (a) E2 = E2 + (1-A2) E1 (b)
由(a),(b)两式可得:
E1
E1 A1
(1 - A1 ) E2 A2 A1A2
辐射传热速率:
q 1-2 = E1 - E2 (W/m2)
q
1-2
E1A2 - E2A1 A1 A2 A1A2
E2
E2 A1
(1 - A2 ) E1 A2 A1A2
又由
E
Eb
Co
T 4 100
和 A=
得:
q 1-2
1
Co 1
1流体K (T源自.02t3)ddiSdiuW cC0.8pccdpt
nWhCphdT）
平均推动力法
-NTU法
S
NTU KS WC P
返回
1.有一套管换热器长10m，管间用饱和蒸气加热，空气在一定 流量下由管内流过，温度可升至某指定温度。现将空气流量增加一 倍，并近似认为加热面壁温不变，问套管加热器需加长几米，气体 温度可达到原指定温度？假定空气在管内流动处于湍流状态，忽略 管壁热组。
5.在一新的套管式换热器中，冷却水在252.5mm的内管中流动，以冷凝环 隙间的某蒸气。当冷却水流速为0.4m/s和0.8m/s时，测得基于内管外表面的总传 热系数分别为Ko=1200W/m2.℃和Ko´=1700W/m2.℃ ，水在管内为湍流，管壁得 导热系数为45W/m. ℃，水流速改变后，可认为环隙间蒸气冷凝的传热系数不变。 试求：（1）当水流速为0.4m/s时，管壁对水的对流传热系数为多少？ （2）若操作一时期后，水流速仍保持为0.4m/s，但测得的K值比操作初期下降 10%，试分析原因，并说明此时蒸气的冷凝量是否也下降10%？
大气辐射传输模型6S简介
大气辐射传输模型6S简介1986年，法国Université des Sciences et Technologies de Lille（里尔科技大学）大气光学实验室Tanré等人为了简化大气辐射传输方程，开发了太阳光谱波段卫星信号模拟程序5S（SIMULATION OF THE SATELLITE SIGNAL IN THE SOLAR SPECTRUM），用来模拟地气系统中太阳辐射的传输过程并计算卫星入瞳处辐射亮度。
1997年，Eric Vemote对5S进行了改进，发展到6S（SECOND SIMULATION OF THE SATELLITE SIGNAL IN THE SOLAR SPECTRUM）,6S吸收了最新的散射计算方法，使太阳光谱波段的散射计算精度比5S有所提高。
这种模式是在假定无云大气的情况下，考虑了水汽、CO2、O3和O2的吸收、分子和气溶胶的散射以及非均一地面和双向反射率的问题。
6S是对5S的改进，光谱积分的步长从5nm改进到2.5nm，同5S相比，它可以模拟机载观测、设置目标高程、解释BRDF作用和临近效应，增加了两种吸收气体的计算（CO、N2O）。
采用SOS (successive order of scattering) 方法计算散射作用以提高精度。
缺点是不能处理球形大气和limb (临边)观测。
它其中主要包括以下几个部分：（1）太阳、地物与传感器之间的几何关系:用太阳天顶角、太阳方位角、观测天顶角、观测方位角四个变量来描述；（2）大气模式：定义了大气的基本成分以及温湿度廓线，包括7种模式，还可以通过自定义的方式来输入由实测的探空数据，生成局地更为精确、实时的大气模式，此外，还可以改变水汽和臭氧含量的模式；（3）气溶胶模式：定义了全球主要的气溶胶参数，如气溶胶相函数、非对称因子和单次散射反照率等，6S中定义了7种缺省的标准气溶胶模式和一些自定义模式；（4）传感器的光谱特性：定义了传感器的通道的光谱响应函数，6S中自带了大部分主要传感器的可见光近红外波段的通道相应光谱响应函数，如TM，MSS，POLDER和MODIS等；（5）地表反射率：定义了地表的反射率模型，包括均一地表与非均一地表两种情况，在均一地表中又考虑了有无方向性反射问题，在考虑方向性时用了9种不同模型）。
6S辐射传输模型在校正哈尔滨市遥感图像中的应用
１ ２ 大气成 分在遥 感成 像中的作用 ．
由于上述大气成分 的影 响， 传感器在接受地物辐射
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1st band of hrv1(spot1)
1st band of hrv2(spot1)
1st band of tm(landsat5) ( 0.430-0.560 )
1st band of mss(landsat5)( 0.475-0.640 )
1st band of MAS (ER2)
1st band of avhrr(noaa12 ( 0.500-1.000 ) 1st band of avhrr(noaa14 ( 0.500-1. 64 65 66 67
POLDER 2nd 3rd 4th 5th 7th 8th
band 8 (non polar( 0.8650-0.9400) " " " " " " ( 0.506-0.621 ) ( 0.622-0.702 ) ( 0.751-0.911 ) ( 1.512-1.792 ) ( 2.020-2.380 ) ( 0.504-0.909 )
4 用户确定自己需要的气溶胶模式，需要输入以下气溶胶成分的体积百分比：
2
volumic % of dust-like volumic % of water-soluble volumic % of oceanic volumic % of soot
参数行5： 气溶胶模式－能见度和气溶胶光学厚度 输入能见度V（由标准气溶胶廓线可以算出气溶胶光学厚度，注意能见度要大于5KM， 否则计算可能不可靠） 或者输入：0，550nm处气溶胶光学厚度 或者输入：-1 (对应气溶胶模式＝0的情况) 参数行6： 输入目标的海拔高度，单位为KM，负值表示位于海平面以下。 参数行7： 传感器的高度（xpp），单位为KM -1000:表示传感器是搭载在卫星上的，高度为缺省高度 0： 表示传感器在地面上 -100< xpp <0： 输入传感器高度，该高度是相对于目标高程的。 注意：对于航空数据，需要提供如下参数： 地面到飞机之间的水汽含量和臭氧含量以及550nm气溶胶光学厚度（地面到航空器之 间），如果无法获取这些数据，则输入负值，这时候水汽含量和臭氧含量将根据地面高度由US62 标准廓线插值获得，550nm气溶胶光学厚度则由2KM的指数形式气溶胶廓线计算得到。 参数行7：确定波长状况和输入方式iwave，波长单位为微米，当值[-2,1]时，表示用户输入波 长，当值2时表示某种已知传感器的波段。 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 需输入起始和终止波长，滤波函数等于1，逐步打印输出结果 输入一个波长(包括气体吸收波长) 输入起始和终止波长，滤波函数等于1。 输入起始和终止波长和用户定义的滤波函数（以0.0025微米为步长） vis band of meteosat vis band of goes east vis band of goes west 2nd 2nd 2nd 2nd 2nd " " " " " ( 0.350-1.110 ) ( 0.490-0.900 ) ( 0.490-0.900 ) ( 0.690-1.120 ) ( 0.640-1.170 ) ( 0.680-1.120 ) ( 0.680-1.170 ) ( 0.600-1.190 )
band 2 (non polar( 0.4100-0.5225) band 3 (non polar( 0.5325-0.5950) band 4 P1 ( 0.6300-0.7025) band 5 (non polar( 0.7450-0.7800) band 6 (non polar( 0.7000-0.8300) band 7 P1 ( 0.8100-0.9200)
3 3
温度（K），水汽密度（g/m ）和臭氧密度（g/m ） 输入水汽和臭氧含量： 水汽含量（uw）:g/cm2 臭氧含量(uO3): cm-atm (两者的廓线从US62读入) 参数行4： 气溶胶模式(iaer) 0 1 2 3 5 6 7 no aerosols continental model maritime model urban model shettle model for background desert aerosol biomass burning stratospheric model
3
16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59
2nd 2nd 3rd pan 2nd 3rd pan 2nd 3rd 4th 5th 7th 2nd 3rd 4th 2nd 3rd 4th 5th 6th 7th MODIS MODIS MODIS MODIS MODIS MODIS MODIS 2nd 2nd POLDER POLDER POLDER POLDER POLDER POLDER POLDER
6S 输入参数文件说明
我们这里介绍的是 6S 的新版本，它能对给定的遥感图像进行大气纠正。
6S 需要两个 TXT 输入文件，其一名为 inpfiles.txt,该文件中包含处理有关文件名称信息； 另一个文件包含了大气纠正所需具体参数（大气参数和几何参数）设置项的详细信息。两输入文 件内容详细说明如下： 一、 inpfiles.txt 文件内容： 第一行： 大气参数和几何参数文件名称； 第二行：大气参数输出文件名 第三行：待处理的 RAW 格式 BYTE 类型图像文件名 第四行：大气纠正后输出文件名 二、 大气参数和几何参数文件，该文件名称必须与 inputs.txt 中的第一行文件名称相同。内容 如下： 参数行 1：表示卫星几何姿态（satellite geometric conditions：igeom） 0 用户定义几何姿态。需要输入： 太阳天顶角(以度为单位) 太阳方位角度 卫星天顶角
1st band of etm+(landsat7( 0.435-0.520 )
输入行8： 图像数据类型,且值在0～255之间，也就是图像必须是BYTE类型 -1：图像值为反射率 0： 图像为2000年7月1日前获得的ETM+的DN值图像。 1： 图像为2000年7月1日后的ETM+的DN值图像 2： 图像为辐射亮度图像，值拉伸到[0,255] 输入行9： 图像象素数，该值等于图像的总字节数（因为图像为字节型，二进制，*.raw类型， 文件中不包含任何附加信息）
6S 辐射传输程序（模型）
6S 辐射传输模型的全称是 Second Simulation of Satellite Signal in the Solar Spectrum 的简称。利用该程序可以模拟无云条件下卫星传感器在太阳反射波段（ 0.4 ～ 2.5um）的信号。模型中对大气的影响（二氧化碳、氧气和臭氧、水汽等的气体吸收，和分 子散射作用）、非均一性地表、二向性反射率以及边界条件等都有细致的考虑和运算。 模型的运算需要如下参数： - 几何条件 - 大气模式(主要决定大气中气体成分的含量与分布) - 气溶胶模式 (类型和浓度) - 光谱条件（和/或滤波函数） - 地面反射率(类型和波谱变化) 在每一步中， 用户可以选择模型提供的一些建议性的标准条件， 也可以根据需要定义自己的 条件（例如：可以定义假设的波谱响应）。 模型的有效范围： 不受几何参数和大气模式的限制 气溶胶模式中，能见度必须大于 5.0KM，否则小值的计算可能不再有效。 光谱条件： 气体的吸收和散射函数只在 0.25～4.0um 条件下有效， 但是吸收和散射间的相 互作用只有对低吸收的波段才是准确的， 如果要计算某个吸收带的信号， 这种相互作用应该 重新予以考虑。
1st band of avhrr(noaa6) ( 0.550-0.750 ) 1st band of avhrr(noaa7) ( 0.500-0.800 ) 1st band of avhrr(noaa8) ( 0.540-1.010 ) 1st band of avhrr(noaa9) ( 0.530-0.810 ) 1st band of avhrr(noaa10 ( 0.530-0.780 ) 1st band of avhrr(noaa11 ( 0.540-0.820 )
" " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " band 1 band 2 band 3 band 4 band 5 band 6 band 7 " " band 1
( 0.600-1.120 ) ( 0.470-0.650 ) ( 0.600-0.720 ) ( 0.730-0.930 ) ( 0.470-0.790 ) ( 0.470-0.650 ) ( 0.590-0.730 ) ( 0.740-0.940 ) ( 0.470-0.790 ) ( 0.500-0.650 ) ( 0.580-0.740 ) ( 0.730-0.950 ) ( 1.5025-1.890 ) ( 1.950-2.410 ) ( 0.580-0.750 ) ( 0.655-0.855 ) ( 0.785-1.100 ) ( 0.5025-0.5875) ( 0.6075-0.7000) ( 0.8300-0.9125) ( 0.9000-0.9975) ( 1.8200-1.9575) ( 2.0950-2.1925) ( 3.5800-3.8700) ( 0.6100-0.6850) ( 0.8200-0.9025) ( 0.4500-0.4825) ( 0.5400-0.5700) ( 1.2150-1.2700) ( 1.6000-1.6650) ( 2.0575-2.1825) ( 0.650-1.120 ) ( 0.680-1.100 ) ( 0.4125-0.4775)