利用MODIS数据进行海岸带卫星图像大气校正

提出一种利用同步MODIS图像的水体像元反演出混浊水域上空气溶胶光学特性的算法.在晴空无云的条件下,假设一定范围内的海岸带上空的大气和水体上空的大气一致,借助6S辐射传输模型,并考虑临近像元效应,利用反演出的气溶胶光学特性对卫星海岸带图像进行大气校正的方法,给出了应用该方法对我国沿海地区QuickBird-2卫星图像和CBERS-02卫星图像进行大气订正的结果,并对反演结果进行了比较分析.实验证明,利用MODIS图像进行海岸带卫星图像大气校正取得了很好的效果,该方法无需地面实测数据,具有很高的适用性.     

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。     

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.     

Raman-Mie激光雷达测量对流层大气气溶胶光学特性

为了研究合肥上空对流层大气气溶胶的光学特性,研制了一台Raman-Mie激光雷达,用来测量大气气溶胶的消光系数、后向散射系数和激光雷达比的垂直分布。文中介绍了研制的Raman-Mie激光雷达系统和数据处理方法,并且给出了几个测量结果。在冷锋过境时,激光雷达测量的整层对流层中大气气溶胶的后向散射系数的时空变化表明,大量的气溶胶粒子被冷空气输送到合肥上空,大气气溶胶在4 km以下的垂直分布有剧烈的变化,混合层顶的高度被抬升到了3 km附近。Fernald方法和Raman方法反演的大气气溶胶光学特性的对比结果表明,该激光雷达能够测量合肥上空大气气溶胶层中的消光系数、后向散射系数和激光雷达比廓线。     

基于辐射传输数值模型PCOART的大气漫射透过率精确计算

分析了中国第一颗海洋水色卫星(HY-1A)大气漫射透过率模型的计算精度,结果表明,当气溶胶光学厚度或天顶角较大时,该模型计算相对误差可>5%,最大可达50%以上,不适用于高纬度海区(纬度>60°).在此基础上,利用海洋-大气耦合矢量辐射传输数值计算模型PCOART,进行了大气漫射透过率的精确计算.通过与SeaWiFS精确大气漫射透过率查找表计算结果的比较,表明利用PCOART计算大气漫射透过率的相对误差<1.5%,且当观测天顶角<60°时,相对误差<0.5%,可以用来生成我国海洋水色卫星遥感器的精确大气漫射透过率查找表.     

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.     

遥感试验数据确定大气气溶胶类型的方法研究

以太湖为研究区,通过水面光谱实验采集,地基太阳光度计大气测量,和当天的MODIS遥感影像,联合遥感太湖地区的大气光学特性,提出了一种实验确定气溶胶类型的方法.通过与卫星影像准同步的地面光谱和太阳光度计试验,利用辐射传输模式6S,变化气溶胶类型各组分,建立关于星上辐射的查找表,并利用定义的相对误差参量,在其总误差最小时确定气溶胶类型.将其用于改进后的Mie散射程序来计算大气气溶胶粒子群包括偏振散射相函数等的光学特性,并用于太湖地区大气气溶胶光学厚度的反演中,所得结果参考CE318实测值,反演精度有了较大的提高.该研究方法与结果可为大气气溶胶光学特性计算,大气辐射传输方程,气溶胶光学厚度反演,卫星数据大气校正等遥感应用提供支持.     

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。     

热红外遥感中大气透过率的研究(二): 大气透过率模式的应用

大气透过率是热红外遥感中的一个重要参数。针对前文构建的大气透过率模式, 以我国环境灾害卫星HJ-1B红外相机IRS第4通道的大气透过率模式为例, 利用辐射传输模型MODTRAN模拟水体辐亮度, 对模式中的变量引入不同的误差, 将模拟的辐亮度反演水温, 分析不同气溶胶模型、水汽量、能见度和观测天顶角对反演水温的敏感性。并将该大气透过率模式用于HJ-1B/IRS热红外图像中, 反演了2009年4月17日、21日、22日和25日太湖水温。研究结果表明: 同一波段、不同气溶胶模型的大气透过率模式在反演温度时会产生不同的误差, 以气溶胶模型为平流雾的最大、对流型的最小;大气透过率模式中3个变量的误差与温度反演的误差呈线性关系, 即变量的误差越大, 温度反演的误差也越大;以水汽量对温度反演最敏感, 观测天顶角其次, 能见度最弱。该大气透过率模式用于4天遥感图像反演中, 除4月17日反演的误差稍高, 均方根误差和平均相对误差分别为1.127 ℃和5.75%, 其他3天的均方根误差都小于1 ℃、平均相对误差在5%以下, 说明所建的大气透过率模式在热红外遥感中具有较高的应用精度。     

差分光学吸收光谱技术监测气溶胶研究进展

差分光学吸收光谱技术(DOAS)经过三十多年的发展,已经广泛用于地基、空基和卫星平台的大气痕量气体观测。目前,DOAS技术在大气气溶胶光学厚度、消光系数、粒径分布、污染类型等监测领域得到了很大的发展,为大气环境监测、大气化学研究提供了新的手段和方法.在分别回顾主动DOAS技术监测近地面气溶胶以及被动DOAS技术反演垂直方向上气溶胶光学参数等研究的基础上,对DOAS技术监测气溶胶的研究领域技术发展提出新思路.     

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。     

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.     

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.     

气溶胶散射对海洋水色遥感辐射偏振校正的影响

辐射偏振校正对具有相对较大偏振响应的海洋水色卫星遥感器(如Aqua MODIS)是十分必要的,可在一定程度上提高海洋水色信息提取的精度.目前, MODIS已经实现了业务化的辐射偏振校正,但其算法中忽略了气溶胶散射对大气顶辐射偏振分量的影响.利用海洋-大气耦合矢量辐射传输模型PCOART,分别模拟获得纯瑞利大气(无气溶胶)和气溶胶光学厚度为0.2大气时的大气顶辐射偏振分量.结果表明,除太阳耀斑区外,气溶胶散射对蓝光波段(443 nm)大气顶线偏振辐亮度的贡献很小,可以忽略不计,而对近红外波段(865 nm)大气顶线偏振辐亮度的贡献显著.此外,将PCOART数值模拟的大气顶瑞利散射辐射线偏振反射率与POLDER实际观测的大气顶线偏振反射率进行了比较,结果同样说明了气溶胶散射对蓝光波段(443 nm)大气顶线偏振反射率的贡献很小,而对近红外波段(865 nm).大气顶线偏振反射率的贡献显著.最后,在现有MODIS辐射偏振校正算法基础上,提出了考虑气溶胶散射的海洋水色卫星遥感辐射偏振校正算法,并利用POLDER实测的大气顶线偏振反射率对算法进行了检验,结果表明,无论是在443 nm波段,还是在865 nm波段,均比MODIS辐射偏振校正算法估算大气顶辐射偏振分量更接近POLDER实测结果.     

中波红外大气透过率特性分析

大气透过率是影响太阳辐射以及地表热辐射的一个重要参量。利用MODTRAN辐射传输模型,对中波红外波段(3~5 μm)处的大气透过率以及其影响因子的贡献进行了详细的分析。在此基础上,结合MODIS在该谱区设置的6个通道,分别讨论了各吸收气体对通道透过率的影响。结论表明,水汽和混合气体是造成中波红外波段大气透过率衰减最重要的影响因子。MODIS通道透过率与通道光谱响应函数的宽度和气体分子的吸收带位置有关。     

单通道物理法反演海表温度的参数敏感性分析及验证

定量分析了反演海表温度的单通道物理法对海水比辐射率、海面风速、海水盐度、大气透过率、大气上下行辐射等参数的敏感性,发现海水比辐射率、大气透过率对算法精度影响较大,是单通道物理法反演海表温度的主要误差来源.在不同的波段,单通道物理法对参数敏感性也有较大差别,中红外波段的敏感性要小于热红外波段.为了验证单通道物理法的可行性、精度及参数敏感性分析的结果,选择墨西哥湾海域2009年全年夜间MODIS实测数据进行实验.结果表明,中红外波段的单通道物理法反演海表温度的精度高于热红外波段,达到MODIS劈窗算法海表温度标准产品同等精度,这与参数敏感性分析的结果一致.由于中红外波段单通道物理法精度较高,一方面,可以满足常规的业务观测需求,为海表温度反演提供新的技术手段;另一方面,可用来标定劈窗算法系数,弥补海洋现场观测站位空间分布不足的问题.     

基于参考源的空间目标红外辐射特性测量

地基测量是获取空间目标红外辐射特性的主要手段。地基测量由于大气影响,测量结果含有严重误差。利用由大气光学参数测量设备和辐射传输软件构成的大气同步修正系统,可以减小大气影响引入的误差。然而,由于典型大气模式和测量参数精度限制,经大气修正后的测量误差仍高于20%。提出一种基于红外标准星的辐射测量方法,使用与目标具有相近观测仰角的红外标准星作为参考源,准确获取空间目标观测光路上的透过率,分析了水汽、臭氧和观测仰角对透过率精度的影响。进行了红外星测量实验,利用文中方法测量的目标辐射误差为4.65%,明显优于传统方法的14.57%。结果说明文中方法能作为一种获取空间目标红外辐射的有效途径。