大气辐射传输校正模型(5S,modtran,acorn).doc

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lowtran7 是一个光谱分辨率 20cm－1 ，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modtran 可以 计算 0 到 50000cm－1 的大气透过率和辐射亮度，它在 440nm 到无限大的波长范围精度是 2cm－1 ，在 22680 到 50000cm－1 紫外波（200-440nm ）范围的精度是 20cm－1 ，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。

cm－ 1 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（full width half maximum，FWHM）由 lowtran 的 20cm－1 减少到 2cm－1 ，目前的modtran4.0 它的光 谱分辨率已 经达到 2cm－1 ，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 acorn5.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6） 模式 5：对定标的多光谱数据进行辐射传输大气校正7） 模式 6：对多光谱的大气校正结果进行独立的光谱增强8） 模式 7：利用经验线性法对多光谱数据进行大气校正为了减少大气校正数据中残留的认为噪声，acorn 提供了三种类型的抑制噪声的方法方法一：用于评价和校正高光谱数据集与光谱辐射转换计算之间的光谱定标不匹配现象，主要是抑制在 760，940，1150，2000nm 波 长的强吸收特征附近的认为噪声（表现为尖峰）方法二：由于绝对辐射定标的误差和辐射传输计算的误差，在图像数据和大气辐射传输模型间存在辐射定标不匹配现象，表现为整个光谱范围内常常由一些小的认为噪声，方法二的任务就是消除这些噪声的影响，使光谱变平滑。

方法三：在 1400 到 1900nm 的水汽吸收带内，给出的反射率光 谱往往噪声很大，这些噪声是由该波长范 围的低辐射值引起的方法三对定标后辐射的信号级别进行评定，抑制最低的信号部分，该部分容易产生 错误的反射率计算，在 输出光谱中将该低信号部分置为 0。