一種逐像元計算衛星遙感影像大氣程輻射的物理方法
2023-07-13 11:33:41 1
一種逐像元計算衛星遙感影像大氣程輻射的物理方法
【專利摘要】傳統的衛星遙感影像程輻射計算主要利用暗目標法，該方法是一種經驗方法，而且整景影像只有一個程輻射值，誤差較大。本發明提出了一種逐像元計算衛星遙感影像大氣程輻射的物理方法，該方法完全基於遙感影像本身，不需要輔助數據，具有較強的普適性，為大區域大氣程輻射計算提供了一種新的方法。
【專利說明】一種逐像元計算衛星遙感影像大氣程輻射的物理方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種衛星遙感影像大氣程輻射獲取的方法，能夠應用在農業、林業、氣 象、生態環境等行業部門。
【背景技術】
[0002] 太陽輻射在大氣傳播過程中遇到大氣中氣體分子、氣溶膠、冰晶等粒子，使部分光 線改變方向，並向各個方向散開，稱為散射。大氣程輻射是太陽輻射在大氣傳輸過程中經大 氣中各組分散射後直接到達傳感器的輻射。遙感影像中大氣程輻射不包含任何地物的光譜 和空間信息，而且大氣程輻射值降低了遙感影像中地物的對比度，模糊了地物的細節信息， 影響遙感影像的質量，是遙感圖像大氣校正的重要內容之一。
[0003] 傳統的遙感圖像大氣程輻射計算主要利用暗目標法，該方法假定遙感圖像上存在 暗目標（水體、陰影等），假設暗目標的實際反射率為〇,由於大氣程輻射的影響，導致圖像 上暗目標的反射率不為〇,增加的這部分即為大氣程輻射，這種方法是經驗性的，而且整景 影像只有一個程輻射值，存在較大誤差。本發明從程輻射計算的理論基礎出發，提出了一種 逐像元計算衛星遙感影像大氣程輻射的物理方法，該方法完全基於遙感影像本身，不需要 輔助數據，具有較強的普適性，為大區域大氣程輻射計算提供了一種新的方法。
【發明內容】
[0004] 本發明的目的在於提供一種逐像元計算衛星遙感影像大氣程輻射的物理方法，以 克服現有方法的不足，從而促進相關領域遙感應用的發展。
[0005] 為實現上述目的，本發明提出的方法包括以下步驟：
[0006] 第一步、對衛星影像進行幾何校正；
[0007] 第二步、根據陸地衛星遙感影像的經緯度和影像成像時間，獲取同一地理範圍、同 步過境的M0DIS氣溶膠光學厚度（0. 47 μ m和0. 66 μ m)、總大氣水蒸汽含量、地表氣壓和臭 氧濃度影像，並將各影像做幾何校正，轉換為和陸地衛星遙感影像一致的投影方式和分辨 率，且影像行列數一致；
[0008] 第三步、由總大氣水蒸汽含量W計算大氣水蒸汽光學厚度；
[0009]
【權利要求】
1. 一種逐像元計算衛星遙感影像大氣程輻射的物理方法，其步驟為： 第一步、對衛星影像進行幾何校正； 第二步、根據陸地衛星遙感影像的經緯度和影像成像時間，獲取同一地理範圍、同步過 境的MODIS氣溶膠光學厚度（0. 47 μ m和0. 66 μ m)、總大氣水蒸汽含量、地表氣壓和臭氧濃 度影像，並將各影像做幾何校正，轉換為和陸地衛星遙感影像一致的投影方式和解析度，且 影像行列數一致； 第三步、由總大氣水蒸汽含量W計算大氣水蒸汽光學厚度；
其中，tw是大氣水蒸汽光學厚度，awA是水汽吸收係數，w是可降水汽，可降水汽w與 總大氣水蒸汽含量W在數值上相等，Μ是相對大氣量； 第四步、計算臭氧吸收光學厚度 T。= C_e*A_e (入） τ。是臭氧吸收光學厚度，C_e為MODIS臭氧濃度（單位為Dobson)，A_e ( λ )為波段 入的臭氧吸收係數； 第五步、由M0DIS0. 47 μ m和0. 66 μ m的氣溶膠光學厚度，利用下式計算波長指數（α ) 及大氣渾濁度係數（β)
β = τaU !) λ / = τ a(X2) λ2α ^和 λ2分別為 0·47μπι和 0·66μπι，和 Ta(A2)分別為 0·47μπ^Ρ0·66μπι 的氣溶膠光學厚度； 在得到α和β後，可以利用下式得到任意波長λ的氣溶膠光學厚度τ3(λ): τ a(入）=β 入 1 其中，λ為波長（μ m)，τ3( λ)是該波長的氣溶膠光學厚度； 第六步、計算瑞利散射光學厚度；
其中，^為瑞利散射光學厚度，λ是影像各波段的中心波長（ym) ;ρ為M0DIS的地表 氣壓產品； 第七步、計算太陽照射方向和傳感器觀測方向的大氣透過率； Tz = exp (- τ /cos θ z) = exp {(- τ r- τ a- τ 〇- τ w) /cos Θ J Tv = exp (_ τ /cos Θ v) = exp {(- τ r- τ a- τ ?- τ w) /cos Θ v} 其中，!；和1；分別是太陽照射方向和傳感器觀測方向的大氣透過率，τ是大氣光學厚 度，92是太陽天頂角，θv是傳感器觀測天頂角，τ3、τ。和\分別是瑞利散射光學厚 度、氣溶膠光學厚度、臭氧吸收光學厚度和大氣水蒸汽光學厚度； 第八步、計算日地距離 日地距離d2 (天文單位）按下式計算：
其中，dn是儒略日，即影像獲取日期距離1月1日的天數； 第九步、計算散射角 θρ= 180。-θζ-θν 其中，θρ為散射角； 第十步、假設大氣為均勻大氣、散射角大於90度時，大氣程輻射的計算公式為：
其中，Lp為程輻射，^是大氣層外相應波長的太陽光譜輻照度。
【文檔編號】G01S17/89GK104049256SQ201410232565
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2014年5月29日 優先權日:2014年5月29日
【發明者】張兆明, 何國金, 王猛猛, 龍騰飛 申請人:中國科學院遙感與數字地球研究所