大氣輻射傳輸校正模型(5S,modtran,acorn)

??輻射傳輸校正模型（5S,modtran,acorn）

在遙感的實際應?中，常?很多簡化的?段，如假設地?為朗伯?，排除云的存在，采?有關標準??模式及???溶膠模式

等，?次產?了許多不同類型的??輻射傳輸模型，主要分為兩類，

1）采???的光學參數

2）直接采???物理參數如lowtran、modtran等??輻射近似計算模型，?且還增加了多次散射計算

1. 5s模型

該模型的代碼模擬計算海平?上的均勻朗伯體?標的反射率，并假定??吸收作?與散射作?可以耦合，就像吸收粒?位于散

射層的上??樣，則??上層測

量的?標反射率可以表?為，

海平?處朗伯體的反射率

??透過率

分?、?溶膠層的內在反射率

有太陽到地表再到傳感器的??透過率

S為??的反射率

??傳輸輻射校正模型－3 modtran

該模型是由美國空軍地球物理實驗室研制的??輻射模擬計算程序，在遙感領域被?泛應?于圖像的??校正。

lowtran7是?個光譜分辨率20cm－1，的??輻射傳輸實?軟件，它提供了6種參考??模式的溫度、?壓、密度的垂直廓

線，?汽、臭氧、甲烷、?氧化碳、?氧化?氮的混合?垂直廓線，其他13種微量?體的垂直廓線，城鄉???溶膠、霧、

沙塵、??噴發物、云、?的廓線，輻射參量（如消光系數、吸收系數、?對稱因?的光譜分布），以及地外太陽光譜。

lowtran7可以根據?戶的需要，設置?平、傾斜、及垂直路徑，地對空、空對地等各種探測?何形式，適?對象?泛。

lowtran7的基本算法包括透過率計算?法，多次散射處理和?何路徑計算。

1）多次散射處理

lowtran 采?改進的累加法，?海平?開始向上直???的上界，全?考慮整層??和地表、云層的反射貢獻，逐層確定??

分層每?界?上的綜合透過率、吸收率、反射率和輻射通量。再?得到的通量計算散射源函數，??流近似解求輻射傳輸?

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?參數化經驗?法計算帶平均透過率，在計算多次散射時，采?k－分布法

3）光線?何路徑計算

考慮了地球曲率和??折射效應，將??看作球?分層，逐層考慮??折射效應

由于lowtran直接使???物理參數，因?需要按照下列?法計算出與

lowtran使?的??物理參數相對應的??光學參數179頁

n輻射傳輸模型

modtran可以計算0到50000cm－1的??透過率和輻射亮度，它在440nm到?限?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、?溶膠和云參數、光源與遙感器的?何?

體對和地?光譜信息的基礎上，根據輻射傳輸?程來計算??的透過率以及輻射亮度。

cm－1是表?波數，即使指在波的傳播?向上單位長度內所含的波長的數?。

開發modtran是為例改進lowtran的光譜分辨率，modtran將光譜的半?全寬度（full width half maximum，FWHM）由lowtran

的20cm－1減少到2cm－1，?前的modtran4.0它的光譜分辨率已經達到2cm－1，改進了瑞利散射和復折射系數的計算精度，

增加了disort計算太陽散射貢獻的?位?相關選項，并將7種brdf 模型引進到模型中，使地表的參數化輸?成為可能。

1) modtran輸?輸出參數

控制運?參數：如何采?何種輻射傳輸程序，是否進?多次散射計算等。，

主要在card1中完成，card5提供了多重復計算的選項

遙感器參數：如遙感器的波段參數，觀測的波束（波長范圍），其中在card1a

中有是否輸?遙感器波段響應函數的選項，在card1a3中輸

?波段響應函數的?件名，在card4中輸?模擬計算的波長

范圍。

??參數：其中??模型通過card1中的選項確定，其他具體參數包括?溶膠

主要通Card2來進?選擇。

觀測?何條件：在card1中有關于?何條件的選項，另外在card3中主要為?何

參數的輸?選項，它通過多種?式組合來實現?何參數的輸

?，可根據計算的?便進?選擇。

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?具體設定。

所有的輸?都通過card1進?控制，然后在由后續的card進?具體社這

設定所有參數之后，就可以?modtran來模擬??輻射傳輸過程

由衛星獲得的表觀反射率可以表?為

為?標反射率，為??的路徑輻射項等?反射率

為??的光學厚度，為??的半球反照率，為散射透過率，＝

在實際的?作中，我們可以?下?的公式：

為遙感器接收到的輻射亮度，為路徑的程輻射

太陽下?總輻射，是??層頂的太陽輻照度

為遙感器和?標之間的透過率，是直射透過率，

由此可以得出

將遙感器接收的輻射亮度和modtran4模擬的??校正參數帶?式?就可以進?校正。

??傳輸輻射校正模型－4 acorn

輻射校正模型

它是?種基于圖像??的??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?作的波長范圍是350－2500nm

在?前的??校正程序?般都把地表假定為?平朗伯體，這主要是因為我們?般很難獲取地表的充?信息以完成地形校正，因

此??校正的結果稱為拉伸的地表反射率，?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?級的??校正形式是基于輻射傳輸理論的，??校正的?法是基于chandrakhar（1960，dover）公式，

下?是其簡化形式，描述了太陽輻射源、??、和地表對輻射的貢獻關系：

到達遙感器的總輻射，??層頂的太陽輻照度，??反射率

地物光譜反射率，??上?透過率，??下?反射率

在acorn的每?種基于輻射傳輸的??校正策略中都?到了以上公式。

Caorn提供了?系列??校正策略，包括經驗法和基于輻射傳輸理論的?法，既可以對?光譜數據進???校正，也可以對多

光譜圖像數據進???校正，校正模式如下：

1）模式1：對定標后的?光譜數據進?輻射傳輸??校正，輸出項為地表表觀反射率。

2）模式1.5：對定標后的?光譜數據利???和液體?光譜你和技術進?輻射傳輸?

?校正。

3）模式2：對?光譜??校正結果進?獨?的光譜增強。

4）模式3：利?經驗線性法對?光譜數據進???校正

5）模式4：對?光譜數據進?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?輻射傳輸??校正

7）模式6：對多光譜的??校正結果進?獨?的光譜增強

8）模式7：利?經驗線性法對多光譜數據進???校正

為了減少??校正數據中殘留的認為噪聲，acorn提供了三種類型的抑制噪聲的?法

?法?：?于評價和校正?光譜數據集與光譜輻射轉換計算之間的光譜定標不匹配現象，主要是抑制在

760，940，1150，2000nm波長的強吸收特征附近的認為噪聲（表現為尖峰）

?法?：由于絕對輻射定標的誤差和輻射傳輸計算的誤差，在圖像數據和??輻射傳輸模型間存在輻射定標不匹配現象，表現

為整個光譜范圍內常常由?些?的認為噪聲，?法?的任務就是消除這些噪聲的影響，使光譜變平滑。

?法三：在1400到1900nm的?汽吸收帶內，給出的反射率光譜往往噪聲很?，這些噪聲是由該波長范圍的低輻射值引起的。

?法三對定標后輻射的信號級別進?評定，抑制最低的信號部分，該部分容易產?錯誤的反射率計算，在輸出光譜中將該低信

號部分置為0。