大氣校正模型簡述

大氣輻射校正模型簡介

1、acorn模型

它是一種基于圖像自身的大氣校正軟件，可以實現圖像輻射值到表觀地表反射率的轉換，其

工作的波長范圍是350－2500nm。

在目前的大氣校正程序一般都把地表假定為水平朗伯體，這主要是因為我們一般很難獲取地

表的充足信息以完成地形校正，因此大氣校正的結果稱為拉伸的地表反射率，又稱表觀反射

率，在地形信息已知的情況下，可以將表觀反射率轉為地表反射率。

Acorn所提供的最高級的大氣校正形式是基于輻射傳輸理論的，大氣校正的方法是基于

chandrakhar（1960，dover）公式，描述了太陽輻射源、大氣、和地表對輻射的貢獻關系。

Caorn提供了一系列大氣校正策略，包括經驗法和基于輻射傳輸理論的方法，既可以對高光

譜數據進行大氣校正，也可以對多光譜圖像數據進行大氣校正，校正模式如下：

1）模式1：對定標后的高光譜數據進行輻射傳輸大氣校正，輸出項為地表

表觀反射率。

2）模式1.5：對定標后的高光譜數據利用水氣和液體水光譜你和技術進行

輻射傳輸大

氣校正。

3）模式2：對高光譜大氣校正結果進行獨立的光譜增強。

4）模式3：利用經驗線性法對高光譜數據進行大氣校正

5）模式4：對高光譜數據進行卷積處理得到多光譜數據

6）模式5：對定標的多光譜數據進行輻射傳輸大氣校正

7）模式6：對多光譜的大氣校正結果進行獨立的光譜增強

2、lowtran模型

LOWTRAN是一種低分辨率（分辨率≥20cm-1）大氣輻射傳輸模式。它提供了6種參考大氣

模式的溫度、氣壓、密度的垂直廓線，水汽、臭氧、甲烷、一氧化碳、一氧化二氮的混合比

垂直廓線，其他13種微量氣體的垂直廓線，城鄉大氣氣溶膠、霧、沙塵、火山噴發物、云、

雨的廓線，輻射參量（如消光系數、吸收系數、非對稱因子的光譜分布），以及地外太陽光

譜。

lowtran7可以根據用戶的需要，設置水平、傾斜、及垂直路徑，地對空、空對地等各種探測

幾何形式，適用對象廣泛。lowtran7的基本算法包括透過率計算方法，多次散射處理和幾何

路徑計算。

1）多次散射處理

lowtran 采用改進的累加法，自海平面開始向上直至大氣的上界，全面考慮整層大氣和地表、

云層的反射貢獻，逐層確定大氣分層每一界面上的綜合透過率、吸收率、反射率和輻射通量。

再用得到的通量計算散射源函數，用二流近似解求輻射傳輸方程。

2）透過率計算

該模型在單純計算透過率或僅考慮單次散射時，采用參數化經驗方法計算帶平均透過率，在

計算多次散射時，采用k－分布法

3）光線幾何路徑計算

考慮了地球曲率和大氣折射效應，將大氣看作球面分層，逐層考慮大氣折射效應

3、modtran模型

MODTARN（ModerateResolutionTransmission）這是由美國空軍地球物理實驗（AFGL）開發的

計算大氣透過率及輻射的軟件包。MODTRAN從LOWTRAN發展而來，它提高LOWTRAN的光

譜分辨率。MODTRAN的基本算法包括透過率計算，多次散射處理和幾何路徑計算等。需要

輸入的參數有四類：計算模式，大氣參數，氣溶膠參數和云模式。

MODTRAN有四種計算模式：透過率，熱輻射，包括太陽或月亮的單次散射的輻射率，直射

太陽輻照度計算。

用MODTRAN進行大氣糾正的一般步驟是：首先輸入反射率，運行MODTRAN得到大氣層頂

（TOA）光譜輻射，解得相關參數；然后利用這些參數帶入公式進行大氣糾正。

modtran可以計算0到50000cm－1的大氣透過率和輻射亮度，它在440nm到無限大的波長

范圍精度是2cm－1，在22680到50000cm－1紫外波（200-440nm）范圍的精度是20cm－1，

在給定輻射傳輸驅動、氣溶膠和云參數、光源與遙感器的幾何立體對和地面光譜信息的基礎

上，根據輻射傳輸方程來計算大氣的透過率以及輻射亮度。

modtran輸入輸出參數

（1）控制運行參數：如何采用何種輻射傳輸程序，是否進行多次散射計算等；

（2）遙感器參數：如遙感器的波段參數，觀測的波束（波長范圍）；

（3）大氣參數：其中大氣模型通過card1中的選項確定，其他具體參數包括氣溶膠；

（4）觀測幾何條件：在card1中有關于幾何條件的選項，另外在card3中主要為幾何參數的

輸入選項，它通過多種方式組合來實現幾何參數的輸入，可根據計算的方便進行選擇；

（5）地表參量：在card1中提供了地表參數設定的初步選項，所以只能在card4根據card1

中設定的參數對地表的參數進行具體設定。

所有的輸入都通過card1進行控制，然后在由后續的card進行具體社這設定所有參數之后，

就可以用modtran來模擬大氣輻射傳輸過程

4、5s模型

1986年，法國里爾科技大學大氣光學實驗室TanreD.,DeuzeJ.L, 等人為了簡化大氣輻射傳輸

方程，開發了太陽光譜波段衛星信號模擬程序5S（SIMULATION OF THE SATELLITE SIGNAL IN

THE SOLAR SPECTRUM），用來模擬地氣系統中太陽輻射的傳輸過程并計算衛星入瞳處輻射亮

度。

5、6S模型

1997年，美國馬里蘭大學地理系Eric Vemote對5S進行了改進，發展到6S（SECOND

SIMULATION OF THE SATELLITE SIGNAL IN THE SOLAR SPECTRUM）,6S吸收了最新的散射計算方

法，使太陽光譜波段的散射計算精度比5S有所提高。

6S （Second Simulation of the Satellite Signal in the SolarSpectrum）大氣校正模型是Eric F.

Vermote etal.（1997）在5S模型的基礎上發展起來的。6S模型可以很好地模擬太陽光在太

陽－地面目標－傳感器的傳輸過程中所受到的大氣影響。相對于5S模型，6S模型考慮了地

面目標的海拔高度、非朗伯平面的情況和新的吸收氣體種類（CH4，N2O，CO）。通過采用

theartapproximation近似算法和SOS運算法則，提高了瑞利和氣溶膠散射作用的計算精度。

光譜步長提高到了2.5nm。6S模型建立在輻射傳輸理論基礎之上,模型應用范圍廣，不受研

究區特點及目標類型等的影響。

6S描述了大氣如何影響輻射在太陽－地表－遙感器之間的傳輸。需要輸入的參數有：幾何

參數（遙感器類型、成像年月日和經緯度；大氣中的水和臭氧濃度；氣溶膠濃度；輻射條件、

觀測波段和海拔高度；地表覆蓋類型和反射率。6S預先設置了50多種波段模型，包括MODIS，

AVHRR，TM等常見傳感器的可見光近紅外波段。

它其中主要包括以下幾個部分：

太陽、地物與傳感器之間的幾何關系；大氣模式；氣溶膠模式；傳感器的光譜特性；

地表反射率。

這5個部分便構成了輻射傳輸模型，考慮了大氣頂的太陽輻射能量通過大氣傳遞到地表，以

及地表的反射輻射通過大氣到達傳感器的整個輻射傳輸過程。

6S的輸入參數主要有9個部分組成：

（1）幾何參數

（2）大氣模式

（3）氣溶膠模式

（4）氣溶膠濃度

（5）地面高度

（6）探測器高度

（7）探測器的光譜條件

（8）地表特性

（9）表觀反射率

6、FLAASH模型

它是ENVI下的一個模塊，FLAASH參數：

（1）圖像中心點坐標

可以從相應的HDF文件中找到，也可以從屏幕上直接讀取影像的中心坐標，對反演結果影

響不大。當影像位于西半球時，經度為負值；

（2）傳感器類型

當選擇傳感器類型時，模塊會選擇相應的類型的傳感器波段響應函數，同時系統一般會自動

設置傳感器的高度和圖像的空間分辨率；

（3）海拔高度

海拔高度為研究區的平均海拔；

（4）數據獲取日期和衛星過境時間；

衛星過境時間為格林尼治時間，可以從相應的HDF文件中找到；

（5）大氣模型

模塊提供熱帶、中緯度夏季、中緯度冬季、極地夏季、極地冬季和美國標準大氣模型，研究

者根據數據獲取時間選擇相應的大氣模型；

（6）水氣反演

大多數多光譜數據不推薦反演水汽含量；

（7）氣溶膠模型

可供選擇的氣溶膠模型有無氣溶膠、城市氣溶膠、鄉村氣溶膠、海洋氣溶和對流層氣溶膠模

型。當能見度大于40Km時，氣溶膠類型選擇對反演沒有太多影響，一般情況下利用ASTER

數據不做氣膠反演；

7、atcor 模型

全稱：Atmospheric Correction and Haze Reduction for ERDAS IMAGINE from GEOSYSTEMS。

Erdas下的一個大氣校正的附加模塊，用于糾正地球表面地物光譜反射的變化和去除薄云及

霧霾。ATCOR2（2維）以2維的形式為大氣的影響開發模型，因此適用于平坦地區的圖像，

可以處理大量的衛星影像。ATCOR3是ERDAS IMAGINE推出的為山區圖像進行大氣糾正的附

加模塊，需要成像區域的DEM。