遙感物理大氣PPT學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1第三節(jié)第三節(jié) 大氣效應(yīng)糾正大氣效應(yīng)糾正 ATMOSHPHERIC EFFECT CORRECTION回顧平面平行大氣的輻射傳輸方程：回顧平面平行大氣的輻射傳輸方程：給定邊界條件，可以求解輻射傳輸方程。實(shí)際上，遙感圖像大氣校正的目的是求取地表反射率，從某種意義上來說，是要求解邊界條件。從輻射傳輸方程來看，這是一個(gè)十分復(fù)雜的過程。0),(4) ,() ,(4),(),(4ePFdPIIddIoo第1頁(yè)/共47頁(yè)1零反射地表假設(shè)零反射地表假設(shè)零反射地表是對(duì)地表零反射地表是對(duì)地表大氣耦合系統(tǒng)輻射傳輸問題的簡(jiǎn)化，它假設(shè)地表反射率為零，傳感器接收到的輻射全部來自大氣。大氣耦合系統(tǒng)輻射傳輸問題的簡(jiǎn)化

2、，它假設(shè)地表反射率為零，傳感器接收到的輻射全部來自大氣。通過零反射地表假設(shè)，我們可以求解大氣程輻射，從而將遙感圖像中來自地表的輻射和來自大氣的輻射分離，使遙感大氣訂正模型得以大大簡(jiǎn)化。通過零反射地表假設(shè)，我們可以求解大氣程輻射，從而將遙感圖像中來自地表的輻射和來自大氣的輻射分離，使遙感大氣訂正模型得以大大簡(jiǎn)化。 第2頁(yè)/共47頁(yè)（1 1）對(duì)于近紅外與可見光波段，）對(duì)于近紅外與可見光波段，大氣自身輻射可以忽略不計(jì)，大氣路徑輻射項(xiàng)主要來源于大氣對(duì)太陽(yáng)輻射的多次散射。大氣自身輻射可以忽略不計(jì)，大氣路徑輻射項(xiàng)主要來源于大氣對(duì)太陽(yáng)輻射的多次散射。對(duì)于多次散射的計(jì)算可以通過求解輻射傳輸方程（如離散坐標(biāo)法）

3、，或者直接用蒙特卡洛方法模擬獲得。在實(shí)際應(yīng)用中，我們又往往通過已有的大氣輻射傳輸模式軟件來計(jì)算，如對(duì)于多次散射的計(jì)算可以通過求解輻射傳輸方程（如離散坐標(biāo)法），或者直接用蒙特卡洛方法模擬獲得。在實(shí)際應(yīng)用中，我們又往往通過已有的大氣輻射傳輸模式軟件來計(jì)算，如6S6S軟件，軟件，LowtranLowtran軟件，軟件，ModtranModtran軟件等。軟件等。（2 2）對(duì)于熱紅外波段，）對(duì)于熱紅外波段，多次散射一般可以忽略不計(jì)，但大氣和地表自身發(fā)射必須考慮，熱紅外以后會(huì)專門討論。多次散射一般可以忽略不計(jì)，但大氣和地表自身發(fā)射必須考慮，熱紅外以后會(huì)專門討論。（3 3）對(duì)于中紅外波段，）對(duì)于中紅外波段

4、，則既需要考慮地表與大氣自身的發(fā)射，同時(shí)又要考慮大氣的多次散射作用，因此更加復(fù)雜，我們不展開討論。則既需要考慮地表與大氣自身的發(fā)射，同時(shí)又要考慮大氣的多次散射作用，因此更加復(fù)雜，我們不展開討論。 第3頁(yè)/共47頁(yè)2朗伯體地表大氣訂正方法朗伯體地表大氣訂正方法僅討論可見光僅討論可見光/ /近紅外波段近紅外波段為了問題的簡(jiǎn)化，在地表朗伯體、大氣水平均一假設(shè)條件下，我們可以得到：為了問題的簡(jiǎn)化，在地表朗伯體、大氣水平均一假設(shè)條件下，我們可以得到：其中其中 ， ； 分別為觀測(cè)天頂角與太陽(yáng)天頂角；分別為觀測(cè)天頂角與太陽(yáng)天頂角； 為傳感器接受到的輻射亮度，為傳感器接受到的輻射亮度， 為觀測(cè)方向的路徑輻射項(xiàng)

5、；為觀測(cè)方向的路徑輻射項(xiàng)； 為地表反射率；為地表反射率；S S為大氣下界的半球反射率；為大氣下界的半球反射率； 為大氣層頂與太陽(yáng)光垂直方向的通量密度。為大氣層頂與太陽(yáng)光垂直方向的通量密度。FrSrLTTFrSrLLvovsosvov1)()()(1)()(vvcossscossv,)(vL)(voLroF第4頁(yè)/共47頁(yè)利用入射太陽(yáng)輻射項(xiàng)利用入射太陽(yáng)輻射項(xiàng) 歸一化上式可得：歸一化上式可得：式中式中 是大氣頂部反射率，是大氣頂部反射率， 是大氣的路徑輻射項(xiàng)等效反射率，將是大氣的路徑輻射項(xiàng)等效反射率，將T T可以分為直射和散射兩部分：可以分為直射和散射兩部分： 是總體光學(xué)厚度，是總體光學(xué)厚度， 是

6、散射透射率。是散射透射率。如何進(jìn)行遙感圖像的大氣校正呢？即如何求得地表反射率？如何進(jìn)行遙感圖像的大氣校正呢？即如何求得地表反射率？ soF),(1 ),()()(),(),(STTvssvssvsvsovsTOATOAo)()(dteTdt第5頁(yè)/共47頁(yè)（1 1）已知大氣狀況的校正方法）已知大氣狀況的校正方法如果已知大氣的垂直廓線（溫、濕、壓），大氣水汽含量，大氣光學(xué)厚度（氣溶膠），以及氣溶膠模式，我們可以通過大氣輻射傳輸模式模擬，計(jì)算三個(gè)不同地表反射率條件下的大氣層頂輻射亮度，進(jìn)而求解得到如果已知大氣的垂直廓線（溫、濕、壓），大氣水汽含量，大氣光學(xué)厚度（氣溶膠），以及氣溶膠模式，我們可以通

7、過大氣輻射傳輸模式模擬，計(jì)算三個(gè)不同地表反射率條件下的大氣層頂輻射亮度，進(jìn)而求解得到 ，S S和和F F值，而達(dá)到大氣效應(yīng)糾正的目的。對(duì)于可見光值，而達(dá)到大氣效應(yīng)糾正的目的。對(duì)于可見光/ /近紅外波段而言，大氣狀況最主要的影響因素是大氣氣溶膠的變化，即大氣光學(xué)厚度的變化，因此關(guān)鍵是如何估算遙感圖像的氣溶膠分布。近紅外波段而言，大氣狀況最主要的影響因素是大氣氣溶膠的變化，即大氣光學(xué)厚度的變化，因此關(guān)鍵是如何估算遙感圖像的氣溶膠分布。oL第6頁(yè)/共47頁(yè)（2 2）參考地物法）參考地物法(Invariant(InvariantObject Methods)Object Methods)對(duì)于對(duì)于TMT

8、M等高分辨率的圖像，通?？梢约僭O(shè)整幅圖像的大氣狀況相同，圖像的觀測(cè)天頂角也可以近似看作相同（垂直觀測(cè)），如果可以在一幅圖像中找到苦干個(gè)（等高分辨率的圖像，通?？梢约僭O(shè)整幅圖像的大氣狀況相同，圖像的觀測(cè)天頂角也可以近似看作相同（垂直觀測(cè)），如果可以在一幅圖像中找到苦干個(gè)（3 3個(gè)以上）地表反射率固定不變的地物，則可以通過求解方程組得到大氣參數(shù)，進(jìn)而達(dá)到整幅圖像大氣校正的目的。個(gè)以上）地表反射率固定不變的地物，則可以通過求解方程組得到大氣參數(shù)，進(jìn)而達(dá)到整幅圖像大氣校正的目的。 其中其中 ；理論上，理論上，n3n3即可求解，但為避免方程的相關(guān)性，一般要尋找地表反射率分別為高、中、差的地物作為參考物。

9、即可求解，但為避免方程的相關(guān)性，一般要尋找地表反射率分別為高、中、差的地物作為參考物。該方法對(duì)于時(shí)間序列的多幅影像的歸一化校正適用。該方法對(duì)于時(shí)間序列的多幅影像的歸一化校正適用。FsrrLLiioi1ni, 2 , 1第7頁(yè)/共47頁(yè)（3 3）暗目標(biāo)方法（）暗目標(biāo)方法（Dark-Object MethodsDark-Object Methods）如果圖像中包含有濃密的植被或水體，因?yàn)闈饷苤脖缓退w在可見光反射率很低，被稱為暗目標(biāo)，因此傳感器所接收的輻射主要來自于大氣的程輻射，可以用于大氣光學(xué)厚度的估算，以植被為例，其算法的基本思路如下：如果圖像中包含有濃密的植被或水體，因?yàn)闈饷苤脖缓退w在可見

10、光反射率很低，被稱為暗目標(biāo)，因此傳感器所接收的輻射主要來自于大氣的程輻射，可以用于大氣光學(xué)厚度的估算，以植被為例，其算法的基本思路如下： 第8頁(yè)/共47頁(yè)a.a.確定暗目標(biāo)的存在：利用植被指數(shù)高和紅外波段反射率低的特性；或利用中紅外通道（確定暗目標(biāo)的存在：利用植被指數(shù)高和紅外波段反射率低的特性；或利用中紅外通道（2.1 2.1 和和3.8 3.8 ）的反射率低的特性；）的反射率低的特性；b.b.利用中紅外通道的觀測(cè)估計(jì)暗像元在紅和藍(lán)通道的反射率；利用中紅外通道的觀測(cè)估計(jì)暗像元在紅和藍(lán)通道的反射率；c. c. 給定氣溶膠模式（氣溶膠譜分布，折射指數(shù)，單次散射反照率等）；給定氣溶膠模式（氣溶膠譜分

11、布，折射指數(shù)，單次散射反照率等）；d.d.利用氣溶膠模型計(jì)算的輻射傳輸查找表，將遙感觀測(cè)的輻射亮度反演為氣溶膠光學(xué)厚度；利用氣溶膠模型計(jì)算的輻射傳輸查找表，將遙感觀測(cè)的輻射亮度反演為氣溶膠光學(xué)厚度；e. e. 利用得到的氣溶膠光學(xué)厚度對(duì)整幅遙感影像進(jìn)行內(nèi)插，得到整幅圖像的光學(xué)厚度；利用得到的氣溶膠光學(xué)厚度對(duì)整幅遙感影像進(jìn)行內(nèi)插，得到整幅圖像的光學(xué)厚度；f. f. 對(duì)整幅影像進(jìn)行大氣校正。對(duì)整幅影像進(jìn)行大氣校正。 mm第9頁(yè)/共47頁(yè)（4 4）其它大氣校正方法）其它大氣校正方法直方圖匹配法直方圖匹配法(Histogram Matching Methods)(Histogram Matching

12、Methods)：假設(shè)晴空條件與大氣渾濁條件下地表反射率的直方圖分布相同：假設(shè)晴空條件與大氣渾濁條件下地表反射率的直方圖分布相同; ;算法被算法被ERDASERDAS和和PCIPCI等圖像處理軟件采用；等圖像處理軟件采用；反差減少法（反差減少法（Contrast Reduction MethodsContrast Reduction Methods）：氣溶膠散射減小地表反射率的差異，因此局部圖像方差可以用于估算氣溶膠光學(xué)厚度）：氣溶膠散射減小地表反射率的差異，因此局部圖像方差可以用于估算氣溶膠光學(xué)厚度; ;第10頁(yè)/共47頁(yè)3 3交叉輻射項(xiàng)的影響交叉輻射項(xiàng)的影響又稱為臨近像元效應(yīng)。我們假定目標(biāo)

13、是均一條件下獲得大氣校正的地表反射率為又稱為臨近像元效應(yīng)。我們假定目標(biāo)是均一條件下獲得大氣校正的地表反射率為 ，其公式如下：，其公式如下：考慮臨近像元的影響，則有如下關(guān)系：考慮臨近像元的影響，則有如下關(guān)系：aesSTTaesvsaesoTOA1)()()()()(vvdsvsaesTtTevvetTvdsvaess)()(第11頁(yè)/共47頁(yè)其中其中式中式中 是以目標(biāo)像素為坐標(biāo)原點(diǎn)的局部坐標(biāo)系坐標(biāo)值，是以目標(biāo)像素為坐標(biāo)原點(diǎn)的局部坐標(biāo)系坐標(biāo)值， 是大氣點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)（是大氣點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)（Point Spread FunctionPoint Spread Function） 。在實(shí)際應(yīng)用中，在實(shí)際應(yīng)用中，

14、 是由原始圖像中校正像元為中心的是由原始圖像中校正像元為中心的2N2N2N2N像元子域計(jì)算得到的像元子域計(jì)算得到的: :其中其中 表示像元表示像元 距中心的距離。距中心的距離。 veTtvvd)()( dxdyyxyxrfs),(),(yx,)(rfs NNjaesNNisjijirf),( ),(),(jir),(ji第12頁(yè)/共47頁(yè)4.4.非朗伯體條件下的大氣校正非朗伯體條件下的大氣校正如果考慮地表如果考慮地表BRDFBRDF和大氣和大氣BRDFBRDF之間的耦合，則朗伯體假設(shè)條件下的大氣校正的精度是有局限的，最早研究這一效應(yīng)的是之間的耦合，則朗伯體假設(shè)條件下的大氣校正的精度是有局限的，

15、最早研究這一效應(yīng)的是TanreTanre等（等（19831983），目前在），目前在6S6S模型中已比較好地考慮了模型中已比較好地考慮了BRDFBRDF的耦合效應(yīng)。的耦合效應(yīng)。第13頁(yè)/共47頁(yè)SSttttteteeevdsdvdsdvdsdvsvssovsvsTOAsvsv1)()()()()()()(),(),(2其中 2121) ,(),() ,(),(ooSRAooovvsSRAovsvsddLddL),(),( svvs_),( vs 102010102010), ,(dddddds第14頁(yè)/共47頁(yè)實(shí)際上，非朗伯體大氣校正是一個(gè)十分復(fù)雜的問題，因?yàn)橐陨厦娴墓轿覀冎?，要進(jìn)行大氣校

16、正必須知道地表的實(shí)際上，非朗伯體大氣校正是一個(gè)十分復(fù)雜的問題，因?yàn)橐陨厦娴墓轿覀冎?，要進(jìn)行大氣校正必須知道地表的BRDFBRDF即即 ，而通常在大氣校正前地表的雙向反射率是未知的，這就形成大氣校正環(huán)的問題，目前的主要思路是通過迭代的方法來解決（胡寶新，李小文等）。，而通常在大氣校正前地表的雙向反射率是未知的，這就形成大氣校正環(huán)的問題，目前的主要思路是通過迭代的方法來解決（胡寶新，李小文等）。),(svs第15頁(yè)/共47頁(yè)第三章第三章 大氣效應(yīng)及大氣糾正大氣效應(yīng)及大氣糾正第16頁(yè)/共47頁(yè)第四節(jié)第四節(jié) 大氣的遙感探測(cè)大氣的遙感探測(cè)ATMOSHPHERIC REMOTE SOUNDING 大氣

17、氣溶膠遙感探測(cè)大氣氣溶膠遙感探測(cè) 大氣水汽遙感探測(cè)大氣水汽遙感探測(cè) 大氣垂直廓線的遙感探測(cè)大氣垂直廓線的遙感探測(cè) 大氣微量氣體的遙感探測(cè)大氣微量氣體的遙感探測(cè)(污染氣體污染氣體)第17頁(yè)/共47頁(yè)大氣氣溶膠遙感探測(cè)大氣氣溶膠遙感探測(cè) 大氣氣溶膠通過散射與吸收陽(yáng)光對(duì)地球系統(tǒng)輻射平衡有重要的影響；大氣氣溶膠通過散射與吸收陽(yáng)光對(duì)地球系統(tǒng)輻射平衡有重要的影響； 氣溶膠粒子在很多生物地球化學(xué)循環(huán)中起著重要的作用；氣溶膠粒子在很多生物地球化學(xué)循環(huán)中起著重要的作用； 氣溶膠構(gòu)成大氣污染源，如沙塵暴、煙塵等；氣溶膠構(gòu)成大氣污染源，如沙塵暴、煙塵等； 氣溶膠是影響遙感圖像質(zhì)量的重要因素，是遙感圖像校正的必須輸入

18、的參數(shù)。氣溶膠是影響遙感圖像質(zhì)量的重要因素，是遙感圖像校正的必須輸入的參數(shù)。第18頁(yè)/共47頁(yè)1 1海洋大氣氣溶膠遙感反演海洋大氣氣溶膠遙感反演（以（以MODISMODIS對(duì)流層氣溶膠遙感反演為例）對(duì)流層氣溶膠遙感反演為例）基本思路是以查找表（基本思路是以查找表（Look up tableLook up table）方法為基礎(chǔ)，即根據(jù)氣溶膠和地表參數(shù)先完成輻射傳輸計(jì)算，然后將觀測(cè)的光譜輻射與查找表中事先計(jì)算的輻射值對(duì)比，直至得到最佳擬合。）方法為基礎(chǔ)，即根據(jù)氣溶膠和地表參數(shù)先完成輻射傳輸計(jì)算，然后將觀測(cè)的光譜輻射與查找表中事先計(jì)算的輻射值對(duì)比，直至得到最佳擬合。第19頁(yè)/共47頁(yè)（1 1）氣溶

19、膠模式）氣溶膠模式最常用的大氣氣溶膠分類方法是根據(jù)氣溶膠粒子的尺度分類。最常用的大氣氣溶膠分類方法是根據(jù)氣溶膠粒子的尺度分類。whitby(1978)whitby(1978)認(rèn)為可以用一組對(duì)數(shù)正態(tài)函數(shù)求和表征實(shí)際的氣溶膠粒子譜分布，每一個(gè)函數(shù)代表一個(gè)物理或化學(xué)過程。他建議用三個(gè)模式分別表征：直徑小于認(rèn)為可以用一組對(duì)數(shù)正態(tài)函數(shù)求和表征實(shí)際的氣溶膠粒子譜分布，每一個(gè)函數(shù)代表一個(gè)物理或化學(xué)過程。他建議用三個(gè)模式分別表征：直徑小于0.04m,0.04m,由氣態(tài)物質(zhì)自發(fā)核化生成的核模式粒子（由氣態(tài)物質(zhì)自發(fā)核化生成的核模式粒子（nucleinuclei）；直徑在）；直徑在0.04m0.04m至至0.5m0

20、.5m之間，由凝聚和云中過程形成的累積模式粒子之間，由凝聚和云中過程形成的累積模式粒子(accumulation)(accumulation)；直徑大于；直徑大于1.0m1.0m，產(chǎn)生于地球表面的粗模式粒子，產(chǎn)生于地球表面的粗模式粒子(coarse)(coarse)。 第20頁(yè)/共47頁(yè)通常用多模式對(duì)數(shù)正態(tài)函數(shù)模擬氣溶膠分布。通常用多模式對(duì)數(shù)正態(tài)函數(shù)模擬氣溶膠分布。其中每一個(gè)模式可表示為其中每一個(gè)模式可表示為其中其中N N是粒子數(shù)密度（是粒子數(shù)密度（cmcm-3-3）, , 是粒子半徑（是粒子半徑（mm），）， 是是lgrlgr的標(biāo)準(zhǔn)差。的標(biāo)準(zhǔn)差。由于核模式粒子太小，不能由散射光探測(cè)到，所以不

21、予考慮，則取由于核模式粒子太小，不能由散射光探測(cè)到，所以不予考慮，則取k=2k=2。下表分別給出了兩個(gè)模式（下面分別稱為小模式和大模式）的參數(shù)下表分別給出了兩個(gè)模式（下面分別稱為小模式和大模式）的參數(shù)中值半徑，標(biāo)準(zhǔn)差和折射指數(shù)。中值半徑，標(biāo)準(zhǔn)差和折射指數(shù)。 kjjdrrdNdrrdNrn1)()()(2221)10(21exp3 . 2)2()(mmrmmrrNdrrdNmrlnr-lnrmln(10)第21頁(yè)/共47頁(yè)小模式的譜分布參數(shù)小模式的譜分布參數(shù))( mrsms氣溶膠模式中值半徑標(biāo)準(zhǔn)差折射指數(shù)SA0.0350.401.450.0035iSB0.070.401.450.0035iSC0

22、.060.601.450.0035iSD0.080.601.400.0035iSE0.100.601.400.0035i第22頁(yè)/共47頁(yè)大模式的譜分布參數(shù))( mrlml氣溶膠模式中值半徑標(biāo)準(zhǔn)差折射指數(shù)LA0.400.601.400.0035iLB0.600.601.400.0035iLC0.800.601.450.0035iLD0.400.601.450.0035iLE0.500.801.500.0035iLF1.00.801.500.0035i第23頁(yè)/共47頁(yè)（2 2）物理過程）物理過程衛(wèi)星信號(hào)包含大氣與地表反射兩部分信息，對(duì)于海洋氣溶膠遙感反演，選用衛(wèi)星信號(hào)包含大氣與地表反射兩部分信

23、息，對(duì)于海洋氣溶膠遙感反演，選用AhmadAhmad和和Fraser(1982)Fraser(1982)的輻射傳輸模式計(jì)算生成查找表。該模式包括大氣中分子和氣溶膠粒子的多次散射和地表陽(yáng)光反射的角度分布，并考慮光的偏振。的輻射傳輸模式計(jì)算生成查找表。該模式包括大氣中分子和氣溶膠粒子的多次散射和地表陽(yáng)光反射的角度分布，并考慮光的偏振。在海面，表面反射率由海浪的鏡面反射（耀斑）和水面的朗伯體反射組成，海面的這種朗伯體反射由海洋水色和泡沫反射決定。在海面，表面反射率由海浪的鏡面反射（耀斑）和水面的朗伯體反射組成，海面的這種朗伯體反射由海洋水色和泡沫反射決定。第24頁(yè)/共47頁(yè)（3 3）查找表的生成）查

24、找表的生成針對(duì)針對(duì)MODISMODIS光譜通道，計(jì)算衛(wèi)星觀測(cè)輻射，生成查找表，用于反演每一種模式氣溶膠的參數(shù)。光譜通道，計(jì)算衛(wèi)星觀測(cè)輻射，生成查找表，用于反演每一種模式氣溶膠的參數(shù)。對(duì)于每一種氣溶膠模式，考慮幾個(gè)氣溶膠總含量，由對(duì)于每一種氣溶膠模式，考慮幾個(gè)氣溶膠總含量，由0.55m0.55m波長(zhǎng)的光學(xué)厚度來描述波長(zhǎng)的光學(xué)厚度來描述 ；計(jì)算計(jì)算1515個(gè)天頂觀測(cè)角，個(gè)天頂觀測(cè)角， ，間隔為，間隔為 ；1515個(gè)相對(duì)方位角，個(gè)相對(duì)方位角， ，間隔為，間隔為 ；7 7個(gè)太陽(yáng)入射天頂角，個(gè)太陽(yáng)入射天頂角， 。0 . 2 , 0 . 1 , 5 . 0 , 2 . 0 , 0a885 . 1v6180

25、01272,24,12,5 . 1s第25頁(yè)/共47頁(yè)（4 4）算法的思路）算法的思路把衛(wèi)星觀測(cè)的總輻射表示為把衛(wèi)星觀測(cè)的總輻射表示為其中其中 和和 分別為對(duì)應(yīng)小模式和大模式粒子的輻射值，分別為對(duì)應(yīng)小模式和大模式粒子的輻射值， 是大小模式之間的比值。反演的目標(biāo)就是得到與觀測(cè)數(shù)據(jù)擬合最好的小模式與與大模式之間的比值和粒子尺度。同時(shí)是大小模式之間的比值。反演的目標(biāo)就是得到與觀測(cè)數(shù)據(jù)擬合最好的小模式與與大模式之間的比值和粒子尺度。同時(shí)550m550m波長(zhǎng)的光學(xué)厚度是反演的一個(gè)副產(chǎn)品，定義波長(zhǎng)的光學(xué)厚度是反演的一個(gè)副產(chǎn)品，定義其中其中 和和 分別是每分別是每j j通道的觀測(cè)和計(jì)算輻射值。通道的觀測(cè)和計(jì)

26、算輻射值。海洋氣溶膠反演通常采用從海洋氣溶膠反演通常采用從555555到到2130nm2130nm的的6 6個(gè)通道。使得個(gè)通道。使得 達(dá)到最小值所對(duì)應(yīng)的氣溶膠模式以及氣溶膠光學(xué)厚度即為所要反演的結(jié)果。達(dá)到最小值所對(duì)應(yīng)的氣溶膠模式以及氣溶膠光學(xué)厚度即為所要反演的結(jié)果。 ),()1 (),(),(vsLvsSvsCLLLSLLL201. 0),(),(),(1vsmjvscjvsmjslLLLnmjLcjLsl第26頁(yè)/共47頁(yè)（5 5）算法實(shí)現(xiàn)）算法實(shí)現(xiàn)對(duì)于對(duì)于5 5個(gè)小粒子模式和個(gè)小粒子模式和6 6個(gè)大粒子模式，在給定的視場(chǎng)條件下，利用個(gè)大粒子模式，在給定的視場(chǎng)條件下，利用550nm550nm

27、波長(zhǎng)不同光學(xué)厚度的查找表，都可計(jì)算得到輻射波長(zhǎng)不同光學(xué)厚度的查找表，都可計(jì)算得到輻射 和和 。對(duì)于任何對(duì)于任何 值上大粒子與小粒子模式的合成，都可以對(duì)值上大粒子與小粒子模式的合成，都可以對(duì)5 5個(gè)光學(xué)厚度值計(jì)算總輻射個(gè)光學(xué)厚度值計(jì)算總輻射 。利用利用550nm550nm通道觀測(cè)輻射通過在這通道觀測(cè)輻射通過在這5 5個(gè)光學(xué)厚度下所有小模式與大模式的組合進(jìn)行線性內(nèi)插，獲取光學(xué)厚度。個(gè)光學(xué)厚度下所有小模式與大模式的組合進(jìn)行線性內(nèi)插，獲取光學(xué)厚度。對(duì)于最佳選擇值對(duì)于最佳選擇值 ，給出最小殘差，給出最小殘差 的兩個(gè)模式就是選定的氣溶膠模式。的兩個(gè)模式就是選定的氣溶膠模式。SLLLCL550SL第27頁(yè)/

28、共47頁(yè)2 2陸地氣溶膠遙感反演陸地氣溶膠遙感反演（1 1） 基本原理基本原理其中其中 是在地表反射率為零時(shí)歸一化總的向下輻射通量，是在地表反射率為零時(shí)歸一化總的向下輻射通量， 是在觀測(cè)角和入射角上平均的地表反射率；是在觀測(cè)角和入射角上平均的地表反射率；在單次散射近似中，路徑輻射與氣溶膠光學(xué)厚度，氣溶膠散射相函數(shù)和單次散射反照率成比例：在單次散射近似中，路徑輻射與氣溶膠光學(xué)厚度，氣溶膠散射相函數(shù)和單次散射反照率成比例：其中其中 是分子散射造成的的路徑輻射，對(duì)于短光波段，在地表反射率很小的情況下，路徑輻射項(xiàng)對(duì)是分子散射造成的的路徑輻射，對(duì)于短光波段，在地表反射率很小的情況下，路徑輻射項(xiàng)對(duì) 的貢獻(xiàn)

29、比較大，因此可選用暗目標(biāo)的方法來進(jìn)行氣溶膠的反演。的貢獻(xiàn)比較大，因此可選用暗目標(biāo)的方法來進(jìn)行氣溶膠的反演。MODISMODIS陸地氣溶膠產(chǎn)品選用的主要通道包括：陸地氣溶膠產(chǎn)品選用的主要通道包括：0.47m0.47m，0.667m0.667m，2.1m2.1m，3.8m3.8m。 ) 1/(),()()(),(),(sTFsvvsdsvasv)4/(),(),(),(osvaaosvmsva)(sdF m第28頁(yè)/共47頁(yè)（2 2）主要步驟）主要步驟 選擇暗像元，確定其地表反射率；選擇暗像元，確定其地表反射率； 假設(shè)氣溶膠類型，初步估算氣溶膠光學(xué)厚度；假設(shè)氣溶膠類型，初步估算氣溶膠光學(xué)厚度； 確

30、定氣溶膠模式；確定氣溶膠模式； 重新計(jì)算光學(xué)厚度；重新計(jì)算光學(xué)厚度； 空間內(nèi)插得到整幅圖像的氣溶膠分布。空間內(nèi)插得到整幅圖像的氣溶膠分布。第29頁(yè)/共47頁(yè)*,(,)(,)(,)1()*2avdasi jasvi jaLTFs u結(jié)構(gòu)函數(shù)法結(jié)構(gòu)函數(shù)法：兩個(gè)相鄰像素的輻射值變化量與實(shí)際的地表反射率變化率相關(guān)兩個(gè)相鄰像素的輻射值變化量與實(shí)際的地表反射率變化率相關(guān) 如果這個(gè)方法應(yīng)用于一組圖像，其中包括了一張比較清晰的圖像，就可以先對(duì)這幅清晰圖像做大氣糾正，計(jì)算實(shí)際的地表反射率變化率，最后就可以計(jì)算出每一幅圖像的光學(xué)厚度。如果這個(gè)方法應(yīng)用于一組圖像，其中包括了一張比較清晰的圖像，就可以先對(duì)這幅清晰圖像

31、做大氣糾正，計(jì)算實(shí)際的地表反射率變化率，最后就可以計(jì)算出每一幅圖像的光學(xué)厚度。 第30頁(yè)/共47頁(yè)HolbenHolben等（等（19921992），定義結(jié)構(gòu)函數(shù)為），定義結(jié)構(gòu)函數(shù)為211,21 nidmjdjijidmndMGin-Rong LiuGin-Rong Liu等（等（20022002）將結(jié)構(gòu)函數(shù)定義）將結(jié)構(gòu)函數(shù)定義 dnidmjdjdijijdijidjijidmdndM112,2,2,231AVHRR沙漠地區(qū)沙漠地區(qū)SPOT半干旱地區(qū)半干旱地區(qū)第31頁(yè)/共47頁(yè)10月月06日北京城區(qū)日北京城區(qū)MODIS圖像圖像不同不同d值計(jì)算的輻射亮度結(jié)構(gòu)函數(shù)值值計(jì)算的輻射亮度結(jié)構(gòu)函數(shù)值(Gi

32、n-Rong Liu等（等（2002）)評(píng)價(jià)評(píng)價(jià)第32頁(yè)/共47頁(yè) dnidmjdddddddddjdijijjiijidmdndddM112,minmin2minmax2maxminmaxmin)(1Holben等（等（1992）Gin-Rong Liu等（等（2002）改進(jìn)改進(jìn)第33頁(yè)/共47頁(yè)剪切的剪切的160160160160像元的像元的兩幅圖像示意圖兩幅圖像示意圖不同方法計(jì)算的地表反射率結(jié)構(gòu)函數(shù)值的誤差圖不同方法計(jì)算的地表反射率結(jié)構(gòu)函數(shù)值的誤差圖第34頁(yè)/共47頁(yè)沙塵型（）水溶型（）煤煙型（）36595選用的氣溶膠模型選用的氣溶膠模型（張軍華等，（張軍華等， 2000）選用的模型：選

33、用的模型：MODTRAN4輸入的參數(shù)：地表反射率、觀測(cè)角、太陽(yáng)高度角、相對(duì)方位角、大氣闊線、氣溶膠類型、氣溶膠光學(xué)厚度等輸入的參數(shù)：地表反射率、觀測(cè)角、太陽(yáng)高度角、相對(duì)方位角、大氣闊線、氣溶膠類型、氣溶膠光學(xué)厚度等根據(jù)根據(jù)MODTRAN計(jì)算的結(jié)果，計(jì)算出地表反射率的結(jié)構(gòu)函數(shù)值和表觀反射率（或輻射亮度值）的結(jié)構(gòu)函數(shù)值之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系計(jì)算的結(jié)果，計(jì)算出地表反射率的結(jié)構(gòu)函數(shù)值和表觀反射率（或輻射亮度值）的結(jié)構(gòu)函數(shù)值之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系第35頁(yè)/共47頁(yè)日期日期太陽(yáng)天頂角太陽(yáng)天頂角傳感器天頂角傳感器天頂角相對(duì)方位角相對(duì)方位角6-10-20046-10-200448.5250048.5250040.995004

34、0.9950057.0150057.0150009-10-200409-10-20049.919.9147.547.5115.0115.013-10-200413-10-200450.4250.4232.91532.91559.53559.53514-10-200414-10-200448.5848.5838.28538.285247.095247.09516-10-200416-10-200420.59520.59549.7149.71245.63245.6318-10-200418-10-20042.9752.97550.9750.978.7358.735第36頁(yè)/共47頁(yè)地區(qū)地區(qū)時(shí)間時(shí)間API首要污染物首要污染物空氣質(zhì)量級(jí)別空氣質(zhì)量級(jí)別空氣