基于多角度偏振信息反演海洋上空卷云云顶高度

采用偏振辐射信息反演云顶高度时,为了减小由云层及地表偏振辐射特性变化带来的反演结果不确定度,使用490 nm和865 nm通道多角度偏振信息反演卷云云顶高度.理论分析大气顶偏振特征,给出490 nm与865 nm通道偏振特性差异,说明使用此两通道偏振反射率差反演云顶高度的可行性.假设卷云为一般种类混合模型(General Habit Mixture,GHM),使用倍加累加矢量辐射传输模型计算和分析大气顶490 nm和865 nm通道偏振反射率差对卷云有效粒子半径、光学厚度和云顶压强的敏感性.分析表明,当卷云光学厚度大于3时,偏振反射率差对有效粒子半径和光学厚度的变化不敏感,对云顶压强变化敏感.根据敏感性分析结果选择适当的参数构建偏振反射率差查找表,使用查找表方法反演POLDER3数据的卷云云顶高度,并与POLDER3产品和MODIS产品进行比较.结果表明,与POLDER3的官方算法相比,使用偏振反射率差查找表方法有更宽的散射角适用范围,反演结果与MODIS产品有更好的一致性.     

基于短波红外波段的Ⅱ类水体MODIS影像大气校正算法

提出了一种基于短波红外(SWIR,short wave infrared)波段离水反射率为0的Ⅱ类水体大气校正算法.采用MODIS的1.240μm和1.640μm两个SWIR波段的反射率计算出了可见光及近红外(NIR, near infrared)波段气溶胶散射反射率,进而反演得到了这些波段的离水反射率.应用该算法对中国东部近海及湖泊的Ⅱ类水体进行了大气校正,并与实测数据和常用的大气校正算法进行了比较分析,结果表明该算法能够有效地去除大气的影响.     

400-1000nm波段反演气溶胶光学厚度的暗像元法

从卫星遥感的角度来看,气溶胶的不确定性是可见一近红外遥感中大气校正的难点,从遥感数据本身来反演气溶胶参数,进而完成大气校正,一直是遥感研究的重点.针对可见一近红外波段大气辐射传输特点,提出了利用浓密植被红波段(660 nm)与近红外波段(830 nm)之间的线性关系反演气溶胶光学厚度的基于可见近红外波段的暗像元法,该方法主要思想是首先假设在清洁大气的条件下,利用MODTRAN辐射传输模型对遥感图像进行大气校正,以减少近红外波段大气的影响,再通过双层叠代法搜索浓密植被像元作为暗像元,根据红波段和近红外波段之间的线性关系通过近红外波段计算暗像元的红波段表观反射率,并反演气溶胶光学厚度.利用该方法对PHI航空高光谱图像进行了气溶胶光学厚度的反演,并给出了反演原理、步骤和误差分析.     

高分五号卫星偏振遥感陆地上空气溶胶光学厚度

针对多角度偏振成像仪(Directional Polarimetric Camera,DPC)数据,提出了基于多角度多光谱偏振信息的气溶胶光学厚度反演方法。该方法使用Nadal-Breon半经验模型计算地表偏振反射率,以扣除地表影响;采用倍加累加法矢量辐射传输模型构建气溶胶参数查找表,通过计算最小残差,动态确定最优气溶胶模型,从而实现陆地上空气溶胶光学厚度的反演。使用DPC的L1级条带数据,反演获得了中国东部地区气溶胶光学厚度的空间分布,并与MODIS产品和AERONET地基站点数据分别进行了对比,反演结果与MODIS气溶胶产品的整体分布具有很好的一致性;同时,与AERONET地基站点观测结果具有较高的相关性,670 nm和865 nm两个波段的相关系数都在0.8以上,说明该算法模型反演陆地上空的气溶胶光学厚度准确可靠,可为DPC遥感大气气溶胶提供技术支持。     

海洋上空云多角度偏振辐射阈值检测方法研究

云是海洋遥感的一项重要研究内容, 云检测精度对于海洋上空云微物理特性的反演和海洋水体观测具有重要 意义。以高分五号卫星搭载的大气气溶胶多角度偏振探测仪 (Directional polarimetric camera, DPC) 在轨成像数据为 研究对象, 提出了一种基于多角度偏振辐射信息的海洋上空云检测方法。首先用耀光角判别法区分出海洋耀光区域 和非耀光区域, 然后利用多角度偏振信息对耀光区域进行云检测, 并基于反射率阈值、可见近红外反射率比值和偏 振信息检验等方法对非耀光像元进行云检测。以印度洋和大西洋海域为例, 基于DPC数据进行了海洋上空云检测, 经 过时空匹配后, 其结果与 MODIS (Moderate-resolution imaging spectroradiometer) 云掩膜数据一致性分别为 91.39% 和 94.73%。此外, 用法国 POLDER3 (Polarization and directionality of the earth′s reflectances) 数据验证了文中算法的有效 性, 将云检测结果和 POLDER3 官方云检测产品对比, 一致性达到 90.40%。文中提出的多角度偏振辐射阈值云检测算 法, 可为卫星观测的海洋上空云特性研究和海洋水体观测提供有效云检测数据。     

近地面水平方向大气偏振辐射传输仿真与验证

近地面水平方向偏振成像是地基目标观测的有效手段之一。目标偏振信息在大气传输中受到大气气溶胶及分子等散射和吸收作用的影响,叠加了非目标偏振信息,干扰了目标本身偏振特性参数的提取。因此,对大气的偏振影响研究具有重要意义。针对近地面水平方向偏振观测,基于单次散射假设,仿真计算了不同气溶胶光学厚度条件下的大气偏振辐射传输特性,并开展了外场偏振特性传输实验验证。仿真结果表明,地表贡献可以忽略;随着气溶胶光学厚度的增大,大气对总偏振反射的贡献越大;针对外场实验,仿真计算了不同时序同等观测条件下的线偏振度值,与实测结果相对误差在0.1范围内,一致性很好。研究结果为近地面偏振特性传输研究提供了理论支持,并为近地面偏振观测中的大气校正奠定了基础。     

一种MODIS遥感图像大气校正的快速算法

本文设计了基于大气辐射传输模型对MODIS遥感图像进行大气校正的一种新的快速算法。根据Kaufman气溶胶光学厚度反演方法的基本原理,建立了简化的气溶胶光学厚度反演模型,通过6S模型获取气溶胶光学厚度参数,利用经验公式计算大气反射率及大气透过率等参数,实现了MODIS遥感图像的快速大气校正。     

基于太阳辐射计的气溶胶光学特性反演算法研究

介绍了一种利用太阳直接辐射和天空漫射辐射来反演气溶胶光学特性的方法,研究了其算法实现过程.结合太阳辐射计CE318所测得的太阳直射辐照度和天空漫射辐亮度数据,反演获得了晴朗天气下四个波段的气溶胶光学厚度、Angstrom参数、单次散射反照率、散射相函数和偏振相函数.算法的实现为解决光学遥感应用中气溶胶散射相函数和偏振相函数的测量问题提供了一个实用的方法.     

航空多角度偏振观测京津唐地区大气气溶胶

航空大气多角度偏振辐射计（AMPR）可以获取多角度、多波段和偏振辐射观测数据,将AMPR装载于遥感飞机对京津唐地区（工业发达、人口集中）的气溶胶进行观测,经过数据处理和反演,得到该地区的气溶胶光学厚度。反演过程中,以大气校正后的1640nm波段观测数据作为下垫面的地表偏振信息,结合查找表的方法,综合利用多角度光谱偏振辐射信息,反演得到气溶胶的光学厚度。反演结果与同步地基观测数据对比,结果表明AMPR具备观测典型区域大气气溶胶的能力。     

近海污染大气气溶胶光学性质反演研究

提出了基于中分辨率成像光谱仪(MODIS)数据反演近海污染大气气溶胶光学性质的算法.根据近海污染大气气溶胶的成分特征构建了新的气溶胶模式;同时避开了MODIS反演算法中计算大气顶光谱反射率理论的缺陷;利用近红外光谱数据降低了近岸二类水体离水辐射的影响,并通过光谱匹配技术实现了近海污染大气气溶胶光学性质的反演.利用气溶胶...     

Effects of neglecting polarization on the MODIS aerosol retrieval over land

Reflectance measurements in the visible and infrared wavelengths, from the Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS), are used to derive aerosol optical thicknesses (AOTs) and aerosol properties over ocean and land surfaces, separately. Both algorithms employ radiative transfer (RT) code to create lookup tables, simulating the top-of-atmosphere (TOA) reflectance measured by the satellite. Whereas the algorithm over ocean uses a vector RT code that includes the effects of atmospheric polarization, the algorithm over land assumes scalar RT, thus neglecting polarization effects. In the red (0.66 /spl mu/m) and infrared (2.12 /spl mu/m) MODIS channels, scattering by molecules (Rayleigh scattering) is minimal. In these bands, the use of a scalar RT code is of sufficient accuracy to model TOA reflectance. However, in the blue (0.47 /spl mu/m), the presence of larger Rayleigh scattering (optical thickness approaching 0.2) results in nonnegligible polarization. The absolute difference between vector- and scalar-calculated TOA reflectance, even in the presence of depolarizing aerosols, is large enough to lead to substantial errors in retrieved AOT. Using RT code that allows for both vector and scalar calculations, we examine the reflectance differences at the TOA, assuming discrete loadings of continental-type aerosol. We find that the differences in blue channel TOA reflectance (vector-scalar) may be greater than 0.01 such that errors in derived AOT may be greater than 0.1. Errors may be positive or negative, depending on the specific geometry, and tend to cancel out when averages over a large enough sample of satellite geometry. Thus, the neglect of polarization introduces little error into global and long-term averages, yet can produce very large errors on smaller scales and individual retrievals. As a result of this study, a future version of aerosol retrieval from MODIS over land will include polarization within the atmosphere.     

海洋气溶胶红外偏振散射特性及校正研究

红外偏振系统探测远距离海面目标时,海洋气溶胶的散射使得成像质量退化严重,由于散射作用导致目标与背景难以区分。本文针对气溶胶散射对红外偏振光退偏特性问题,以气溶胶Mie散射模型为基础,推导得到散射退偏模型。然后,根据不同气溶胶的粒子谱分布,在对大气透过率和红外偏振系统同时校正的基础上,建立散射退偏校正模型,研究了气溶胶散射对不同尺度因子,不同散射角和不同散射光矢量的影响。根据对实验图像分析,在经过本文所提出的经散射校正和红外偏振系统校正后图像的质量有了明显提高,该方法能够较好的校正大气气溶胶散射对红外偏振光所带来的影响,更准确反映出目标与背景的偏振特性,对于红外偏振目标检测与识别具有重要意义。     

Atmospheric correction for ocean color remote sensing: opticalproperties of aerosols derived from CZCS imagery

A procedure for an accurate atmospheric correction for ocean color remote sensing is described. It is shown that an appropriate aerosol model is the key factor for pursuing the atmospheric correction, including multiple scattering light in the atmosphere-ocean system. An algorithm for estimating the aerosol models suitable for the Nimbus-7 CZCS image of interest is proposed. As a result, phytoplankton pigment concentration near the sea surface is derived through the atmospheric correction and biooptical algorithms. The treatment is found to provide an improved pigment map of the sea surface near Japan     

基于实测的大气参数计算厦门海域大气层顶大气散射辐射的角度分布

本文由在地面实测的气溶胶光学厚度与海面反射率计算出厦门海域大气层顶0.55μm波段大气散射辐射的空间分布与0.3-3.0μm地面总辐射，计算的地面总辐射与辐射总表的测量值有较好的一致性。     

海岸带混浊水域MODIS图像的大气校正

大气校正的精确度主要取决于气溶胶光学特性和漫射透过率等参数的精度.针对目前混浊水域上空气溶胶光学特性反演方法的缺点,给出了基于MODIS图像混浊水域上空气溶胶光学特性反演的新方法,论证了该方法的可行性,并给出了一组通过了验证的用来计算大气漫射透过率的参数.讨论了该技术用于海岸带混浊水域上空大气校正的可行性,可以为我国海洋和风云系列卫星资料的大气校正研究提供相关的技术基础.     

Assessment of tilt capability for spaceborne global ocean colorsensors

The importance of tilt capability for Sun glint avoidance for future global ocean color missions was analyzed. The analyses focused on Sea-viewing Wide Field-of-view Sensor (SeaWiFS) mission, because its radiometric, orbital, and sensor characteristics are well defined. The analyses concentrated can two major questions: 1) does tilting to avoid Sun glint increase or decrease the total ocean coverage, and 2) at high latitudes far from the region of maximum Sun glint, should the sensor be tilted or untilted? For ocean coverage maximization, if the sensitivity of ocean color algorithms to Sun glint is of the same order as the error in the atmospheric correction algorithms, then a tilted sensor produces nearly 20 percent better coverage than an untilted one after 2 d in the absence of clouds, and 12 percent after 4 d including clouds. Thus, the tilt capability can improve the ocean coverage of future ocean color missions. At high latitudes differences in transmitted water-leaving radiance between tilted and untilted sensors were well within the algorithm errors. Furthermore, Sun glint radiances exceeding the algorithm errors occurred at high wind speeds as far as 70° from the solar declination, suggesting that sensors should remain in the tilted mode up to this limit     

Atmospheric correction of Landsat ETM+ land surface imagery. II. Validation and applications

For pt.I see ibid., vol.39, no.11, p.2490-8 (2001). This is the second paper of the series on atmospheric correction of Enhanced Thematic Mapper-Plus (ETM+) land surface imagery. In the first paper, a new algorithm that corrects heterogeneous aerosol scattering and surface adjacency effects was presented. In this study, our objectives are to (1) evaluate the accuracy of this new atmospheric correction algorithm using ground radiometric measurements, (2) apply this algorithm to correct Moderate-Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) and SeaWiFS imagery, and (3) demonstrate how much atmospheric correction of ETM+ imagery can improve land cover classification, change detection, and broadband albedo calculations. Validation results indicate that this new algorithm can retrieve surface reflectance from ETM+ imagery accurately. All experimental cases demonstrate that this algorithm can be used for correcting both MODIS and SeaWiFS imagery. Although more tests and validation exercises are needed, it has been proven promising to correct different multispectral imagery operationally. We have also demonstrated that atmospheric correction does matter.     

利用MODIS近红外陆地通道反演浑浊水体上空气溶胶光学厚度

目前MODIS海洋气溶胶反演算法能够很好地给出远海气溶胶性质,但近海结果并不理想。这是因为近海浑浊水体对0.55 µm、0.646 µm波段不能视为暗目标,对于0.86 µm波段也并不是总能视为暗目标。本研究采用MODIS近红外陆地通道对中国东南近海浑浊水体上空的气溶胶进行了反演研究,结果与AEROET符合得较好,这种算法可以很容易的与现行算法相结合,从而能够获得更多宝贵的气溶胶数据。