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。

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

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