【珍藏】大气辐射传输校正模型(5S,modtran,acorn)

【珍藏】大气辐射传输校正模型(5S,modtran,acorn) 在遥感的实际应用中～常用很多简化的手段～如假设地面为朗伯面～排除云的存在～采用有关标准大气模式及大气气溶胶模式等～一次产生了许多不同类型的大气辐射传输模型～主要分为两类～

1,采用大气的光学参数

2,直接采用大气物理参数如lowtran、modtran等大气辐射近似计算模型～而且还增加了多次散射计算

1. 5s模型

该模型的代码模拟计算海平面上的均匀朗伯体目标的反射率～并假定大气吸收作用与散射作用可以耦合～就像吸收粒子位于散射层的上面一样～则大气上层测量的目标反射率可以表示为～

海平面处朗伯体的反射率

大气透过率

分子、气溶胶层的内在反射率

有太阳到地表再到传感器的大气透过率

S为大气的反射率

大气传输辐射校正模型,3 modtran

该模型是由美国空军地球物理实验室研制的大气辐射模拟计算程序～在遥感领域被广泛应用于图像的大气校正。

,1lowtran7是一个光谱分辨率20cm～的大气辐射传输实用软件～它提供了6

种参考大气模式的温度、气压、密度的垂直廓线～水汽、臭氧、甲烷、一氧化碳、一氧化二氮的混合比垂直廓线～其他13种微量气体的垂直廓线～城乡大气气溶胶、雾、沙尘、火山喷发物、云、雨的廓线～辐射参量,如消光系数、吸收系数、非对称因子的光谱分布,～以及地外太阳光谱。

lowtran7可以根据用户的需要～设置水平、倾斜、及垂直路径～地对空、空对地等各种探测几何形式～适用对象广泛。lowtran7的基本算法包括透过率计算方法～多次散射处理和几何路径计算。

1, 多次散射处理

lowtran 采用改进的累加法～自海平面开始向上直至大气的上界～全面考

虑整层大气和地表、云层的反射贡献～逐层确定大气分层每一界面上的综

合透过率、吸收率、反射率和辐射通量。再用得到的通量计算散射源函数～用二流近似解求辐射传输方程。

2, 透过率计算

该模型在单纯计算透过率或仅考虑单次散射时～采用参数化经验方法计算

带平均透过率～在计算多次散射时～采用k,分布法

3, 光线几何路径计算

考虑了地球曲率和大气折射效应～将大气看作球面分层～逐层考虑大气折

射效应

由于lowtran直接使用大气物理参数～因而需要按照下列方法计算出与

lowtran使用的大气物理参数相对应的大气光学参数179页 4.modtran辐射传输模型

,1modtran可以计算0到50000cm的大气透过率和辐射亮度～它在440nm到无限

,1,1大的波长范围精度是2cm～在22680到50000cm紫外波,200-440nm,范围的

,1精度是20cm～在给定辐射传输驱动、气溶胶和云参数、光源与遥感器的几何立体对和地面光谱信息的基础上～根据辐射传输方程来计算大气的透过率以及辐射亮度。

,1cm是表示波数～即使指在波的传播方向上单位长度内所含的波长的数目。

开发modtran是为例改进lowtran的光谱分辨率～modtran将光谱的半高全宽度,1,1FWHM,由lowtran的20cm减少到2cm～目前,full width half maximum～,1的modtran4.0它的光谱分辨率已经达到2cm～改进了瑞利散射和复折射系数的计算精度～增加了disort计算太阳散射贡献的方位角相关选项～并将7种brdf模型引进到模型中～使地表的参数化输入成为可能。

1) modtran输入输出参数

控制运行参数: 如何采用何种辐射传输程序～是否进行多次散射计算等。～主要在card1中完成～card5提供了多重复计算的选项

遥感器参数: 如遥感器的波段参数，观测的波束(波长范围)，其中在card1a 中有是否输入遥感器波段响应函数的选项，在card1a3中输

入波段响应函数的文件名，在card4中输入模拟计算的波长

范围。

大气参数: 其中大气模型通过card1中的选项确定，其他具体参数包括气溶胶主要通Card2来进行选择。

观测几何条件:在card1中有关于几何条件的选项～另外在card3中主要为几何

参数的输入选项～它通过多种方式组合来实现几何参数的输

入～可根据计算的方便进行选择。

地表参量: 在card1中提供了地表参数设定的初步选项～所以只能在card4根据card1中设定的参数对地表的参数进行具体设定。所有的输入都通过card1进行控制～然后在由后续的card进行具体社这设定所有参数之后～就可以用modtran来模拟大气辐射传输过程由卫星获得的表观反射率可以表示为

为目标反射率～为大气的路径辐射项等小反射率

为大气的光学厚度～为大气的半球反照率～为散射透过率～, 在实际的工作中～我们可以用下面的公式:

为遥感器接收到的辐射亮度～为路径的程辐射

太阳下行总辐射～是大气层顶的太阳辐照度

为遥感器和目标之间的透过率～是直射透过率～

由此可以得出

将遥感器接收的辐射亮度和modtran4模拟的大气校正参数带入式子就可以进行校正。

大气传输辐射校正模型,4 acorn

5.acorn辐射校正模型

它是一种基于图像自身的大气校正软件～可以实现图像辐射值到表观地表反射率的转换～其工作的波长范围是350,2500nm

在目前的大气校正程序一般都把地表假定为水平朗伯体～这主要是因为我们一般很难获取地表的充足信息以完成地形校正～因此大气校正的结果称为拉伸的地表反射率～又称表观反射率～在地形信息已知的情况下～可以将表观反射率转为地表反射率。

Acorn所提供的最高级的大气校正形式是基于辐射传输理论的～大气校正的方法是基于chandrasekhar,1960～dover,公式～下面是其简化形式～描述了太阳辐射源、大气、和地表对辐射的贡献关系:

到达遥感器的总辐射～大气层顶的太阳辐照度～大气反射率地物光谱反射率～大气上行透过率～大气下行反射率

在acorn的每一种基于辐射传输的大气校正策略中都用到了以上公式。

Caorn提供了一系列大气校正策略～包括经验法和基于辐射传输理论的方法～既可以对高光谱数据进行大气校正～也可以对多光谱图像数据进行大气校正～校正模式如下:

1, 模式1:对定标后的高光谱数据进行辐射传输大气校正～输出项为地表

表观反射率。

2, 模式1.5:对定标后的高光谱数据利用水气和液体水光谱你和技术进行

辐射传输大

气校正。

3, 模式2:对高光谱大气校正结果进行独立的光谱增强。

4, 模式3:利用经验线性法对高光谱数据进行大气校正

5, 模式4:对高光谱数据进行卷积处理得到多光谱数据