大气辐射传输模型的比较研究

讨论了三种通用的大气辐射传输模型的特点和使用限制,用辐射传输定律作了数值检验,并与实验测量资料作了比较。结果表明,氧碘激光和氟化氢泛频20P4激光谱线大气透过率的计算值与实验测量值吻合,氟化氢泛频20P5却出现严重偏差。还研究了大气气溶胶种类对大气透过率计算和测量的严重影响。

中红外大气辐射传输解析模型及遥感成像模拟

为了建立完整的星载高分辨率中红外成像模拟系统,并为航天器载荷设计等相关工作提供有力参考,需要对大气辐射传输这一环节进行重点考虑,设计出切实可行,精度较高的大气辐射传输数值成像模拟方法。针对中红外大气辐射传输具有大气散射和自身发射的特性,将整个大气辐射传输过程进行了合理分解,并利用MODTRAN4对各辐射分量进行求解,以查找表方式实现了大气辐射传输成像模拟。此外,针对大气散射导致的邻近效应进行了分析,将原有PSF模型扩展至中红外波段,并与大气辐射传输解析模型相互耦合共同完成模拟成像。最后对模型进行了初步验证和成像模拟,结果表明:模型具有较好的模拟精度,通过给定观测几何和大气条件,并根据地表输入的温度和发射率等,实现逐像元的大气辐射传输计算。

基于两种辐射传输模型的遥感数据大气校正及结果对比分析

通过辐射传输方程详述了大气效应对遥感图像的影响及大气校正的原理,并利用两种辐射传输模型——6S和FLAASH(基于MODTRAN)对同一区域ETM+数据的可见光、近红外波段分别进行了大气校正。从校正的结果看,两种模型均对由于大气效应引起的辐射失真进行了辐射校正,消除了因散射增加的辐射能量,同时补偿了因吸收而损失的辐射能量,但在校正结果上存在差异。只有将两种辐射传输模型方法结合使用,才能更好地消除大气效应对研究区域的影响。

运用热惯量估算大气下行长波辐射的遥感方法——以Landsat/TM为例

利用2004年北京小汤山精准农业示范基地星地同步试验中获取的自动气象站和红外辐射计观测资料,建立Landsat卫星过境时刻地表辐射温度T和空气温度T0的关系式,利用北京21个常规气象站观测资料,以及2004年5景TM图像,建立热惯量与大气水汽压的经验关系式,将获取的两个关系式代入得到广泛引用的Izionmon(2003)晴天大气下行辐射估算模型中,率先提出了根据像元的热惯量、地表辐射温度等遥感参数反演像元大气下行辐射的空间估算模型。通过利用实际测量值,对一个点的大气下行辐射估算值反演的地表净辐射通量和利用逐个像元估算的大气下行辐射估算值反演结果精度验证表明:利用逐个像元的大气下行辐射值估算地表净辐射通量,比利用单一大气下行辐射值来估算,精度提高了9.5%。这表明利用热惯量和地表辐射温度等遥感参数来估算非遥感参数大气下行辐射的思路是可行的,而且有应用前景。

基于大地坐标系的球面大气辐射传输模型

为了解决大地坐标系中的大气辐射传输计算问题,提出了TOG模型。首先,建立了球面大气模型,依据目标和观察者的大地坐标、观察日期和时间给出了观察天顶角和方位角、太阳天顶角和方位角的计算方法。然后,提出了分层迭代算法计算球面大气中的物质吸收量。采用孤立层和累加法解算了球面大气的上行辐射亮度。利用TOG模型计算分析了两个红外波段内大气的辐射传输特性,并使用MODIS的测量结果对TOG模型进行了校验,结果表明相对差异小于5%。

基于大气辐射传输模型的地物偏振反射率反演方法

提出一种基于大气矢量辐射传输模型的地物偏振反射率反演方法.利用辐射传输模型,建立地表反射率、观测条件与传感器入瞳处辐亮度偏振态的查找表,再进行查找表反查及数值计算,完成偏振反射率反演.验证实验表明,典型地面目标物的偏振反射率反演精度可达到90%.

基于Monte Carlo大气辐射传输模型的Ring效应模拟

Ring效应描述了由于大气的转动Raman散射导致的太阳夫琅禾费线变弱的现象,这种现象受气溶胶光学性质的影响,因此可以通过模拟Ring效应反映气溶胶状况。研究了基于Monte Carlo大气辐射传输模型(McArtim)模拟计算Ring效应的方法。采用合适的大气参数带入模型,计算总光子中发生转动Raman散射的光子数的概率来衡量Ring效应的强度,并将模拟计算的Ring强度结果和MAX-DOAS系统实测的Ring效应强度进行对比,得到了较好的一致性。结果表明,通过大气辐射传输模型模拟计算Ring效应具有快速特点,在未来的工作中将结合MAX-DOAS技术,利用Ring效应模拟反演大气气溶胶状况。

大气模式与气溶胶模型对辐射传输计算的影响

大气模式与气溶胶模型选择是影响定量遥感应用的辐射传输计算的重要因素。人们一般凭感性认识去进行选择,有一定随意性,对其带来的影响程度关注甚少。以太阳辐射计测量为依据,对大气模式与气溶胶模型选择方法作了研究,并利用经辐射定标过的光谱辐射计地面测量对辐射传输计算精度进行了验证。在昆明进行的试验表明,在0.50-0.68μm范围内,选择中纬度冬季大气模式和大陆型气溶胶,经辐射传输计算后得到的光谱辐射亮度与光谱辐射计测量结果一致性很好,差别在3.3%以内;变换大气模式对辐射传输计算产生明显影响,差别达10%左右;选择不同的气溶胶模型对辐射传输计算影响也很大,差别达11%左右。基于辐射计测量的大气模式与气溶胶模型选择避免了主观选择的不可靠性,有益于减少辐射传输计算或卫星遥感大气订正的误差。

基于辐射传输模型的高分二号影像大气校正方法研究

高分二号卫星的成功发射,标志着我国遥感卫星进入了亚米级高空间分辨率时代,遥感影像在定量反演,地物识别和变化分析等领域将有重要作用。大气校正的精度是影响其定量化应用的重要因素。由于高分二号遥感数据缺乏短波红外波段,无法采用暗像元法进行大气校正。提出一种基于辐射传输模型的高分二号影像大气校正方法,利用6S(second simulation of the satellite signal in the solar spectrum)辐射传输模型建立大气校正系数查找表,利用同步MODIS影像数据结合改进后的暗像元方法反演气溶胶光学厚度,确定大气校正系数,消除高分二号影像大气分子和气溶胶等的吸收和散射的影响,实现GF-2数据的大气校正。选取地表平坦均一的敦煌辐射校正场作为实验区,通过同步的实测数据对校正结果进行精度评价,并且比较大气校正前后归一化植被指数NDVI。结果表明:最小相对误差仅为0.9%,大气校正之后影像数据更真实地反映了地物的反射特性;大气校正后的NDVI大大增强了植被信息反差,突出了GF-2卫星传感器的植被信息区分能力。

基于MonoRTM模型的微波辐射计反演方法研究

基于辐射传输模型MonoRTM计算天空亮温度,使用多元线性统计回归方法和BP神经网络方法分别对大气温度和水汽密度廓线进行了反演,检验并分析了两种方法的反演精度。结果表明,多元线性回归方法反演的温度偏差总体不大于6 K,反演的水汽密度偏差小于4 g/m3;神经网络方法反演的温度偏差小于2 K,反演的水汽密度误差总体不大于2 g/m3。与探空数据的对比表明,对于大气温度和水汽密度反演,BP神经网络方法的反演结果都要比多元线性回归方法的反演结果更接近探空资料值。

基于SBDART辐射传输模型的夜间辐射雾自动检测及时间序列分析

如何确定合适的阈值来区分夜间辐射雾、晴空地表和中高云一直是雾检测研究的重点。圣巴巴拉DISORT大气辐射传输模型(Santa Barbara DISORT atmospheric radiative transfer,SBDART)可模拟雾顶亮度温度。基于该模型获取MODIS B20与B31波段的亮温差(brightness temperature difference,BTD),将其用于夜间辐射雾检测。以MODIS卫星数据为可行性试验数据,用国家卫星气象中心提供的地面验证数据进行验证,结果表明,使用该模型监测夜间雾的准确率达78.3%,误判率为21.7%,可靠性指标为0.643,Kappa系数为0.730。为进一步验证方法的稳定性,选取8景卫星序列图像进行时间序列分析,结果显示Kappa系数均值为0.744,说明应用当前阈值方法对MODIS夜间雾检测具有可适用性。该方法为夜间雾预报和夜间雾参数反演提供了有效的参考。

基于辐射传输模型的Hyperion光谱重建应用评价

光谱重建是高光谱数据定量分析的前提,大气校正是光谱重建的关键环节。对于缺少地面同步测量的高光谱数据,大气辐射传输模型是最可行的大气校正方法。应用当前流行的大气辐射传输模型MODTRAN 4.0和6S,分别对试验区EO-1 Hyperion高光谱数据进行大气校正和光谱重建。通过对植被、粘土矿及水体3类地物光谱重建结果的对比分析,并利用统计方法计算光谱重建精度,评价大气辐射传输模型校正的效果和模型的适用性。最后,通过FLAASH模型的试验体现了高光谱数据大气校正集成化处理的优越性。

用辐射传输方程改进算法反演LandSAT8海表温度的效果检验和适用条件分析

为检验辐射传输方程改进算法推广用于反演LandSAT8海表温度(SST)的可行性及适用条件,本研究在修订算法部分参数的基础上,分别反演出算法改进前后的LandSAT8 SST并进行比较。MODIS SST验证表明改进算法对大气透过率偏差和SST偏差均有明显改善,除2019-08-21图像外,其他3景图像SST偏差在0.5℃左右;浮标SST验证表明改进算法在近岸海域对SST偏差改善效果同样显著,其平均偏差bias和均方根误差rmse分别减少到0.14、0.18℃,基本可以忽略不计;进一步研究发现,改进算法SST反演精度与研究海域大气透过率分布均匀程度呈显著的正相关关系,R^(2)[bias(SST)]=0.9207,R^(2)[rmse(SST)]=0.9340。使用改进算法遥感监测电厂温排水:嵩屿电厂表层海水温升羽流不明显;而后石电厂表层温升现象最显著,温升幅度和扩散影响范围最大,在其排水口附近存在稳定的高温水体(温升>3℃);晋江电厂表层温升羽流呈扇形分布,流轴短,主要集中在排水口附近。

大气辐射传输计算中气溶胶模型评估及选取

利用AOD-AROD气溶胶分类方法,选用MODIS数据,分析研究区域气溶胶模型的年际变化规律。在规律不明显的月份,分析了气象要素和气溶胶源对模型的影响,构建了基于随机森林方法的多时相气溶胶模型评估方法,即后向轨迹与大气概率分布场分析方法,并分析了多时相气溶胶模型评估方法的准确性,讨论误差原因。使用所提方法评估了香河地区的气溶胶模型,并使用TROPOMI L1B数据对评估结果进行验证。研究结果显示,采用该模型对香河地区的气溶胶类型进行评估的准确度为71.04%,辐亮度模拟的平均误差率减少了38.25%,表明该方法能有效提高气溶胶模型选择的准确性。

典型多尺度海面结构体辐射散射方向-光谱特性计算与分析

针对3级以上海况的高精度海洋场景红外仿真问题,提出一种“先拆后建”的研究思路:将含泡沫和破碎波的多尺度海面抽象为粗糙海面、泡沫、破碎波的组合,进而拆解出“粗糙海面”、“含泡沫粗糙海面”、“含破碎波粗糙海面”3类典型多尺度海面结构体,最后通过海面栅格化、结构体匹配、方向-光谱特性重构渲染等方法,由3类典型多尺度结构体方向-光谱特性组合重构大范围海面辐射散射特性,完成多尺度海面“气-面-体”耦合辐射/散射特性的计算。对拆解出的3类典型多尺度海面结构体分别开展多尺度耦合辐射、散射特性建模研究,构建3类多尺度海面结构体辐射散射方向-光谱特性计算模型,并对结构体辐射散射方向-光谱特性的影响因素进行分析,结果表明:随着海面风速的增大,海面典型结构体中的泡沫厚度及气泡浓度逐渐增大,使得结构体的散射能力增强,从而增大结构体的双向反射分布函数;随着探测波长的增大,海水的吸收性显著增强,导致不同风速条件下结构体双向反射分布函数之间的差异显著增大;对于不同的入射角,结构体双向反射分布函数最大值对应的天顶角随入射天顶角的变化逐渐发生变化。

利用LANDSAT/TM热红外通道反演地表温度的三种方法比较

利用北京2004年1月28日、4月1日、4月17日、5月19日和7月6日过境的5景LANDSAT/TM影像和实测探空数据,分别运用大气辐射传输模型、覃志豪(2001)单窗算法和Jimёnez-Mu?oz&Sobrino(2003)单窗算法反演北京城区地表温度。通过对反演结果进行对比分析,结果表明,覃志豪(2001)单窗算法与基于探空数据的辐射传输方程法结果具有较好的一致性。提出在没有实时探空数据情况,对只有一个热红外通道的LANDSAT/TM数据源采用覃志豪(2001)单窗算法反演地表温度,精度是可以接受的。

基于SCIATRAN大气辐射传输模式的卷云大气短波红外敏感性分析

对于痕量气体二氧化碳浓度的精确测量问题,首先比较大气辐射传输的几种模型,然后选用SCIATRAN这种模型在二氧化碳的强吸收带进行晴空大气和卷云大气辐射的模拟计算,接着对计算结果进行敏感性测验,结果表明:晴空时的辐射强度比卷云时的辐射强度小;卷云条件下太阳天顶角和卫星观测角越小时,辐射强度越大;卷云条件下地表反照率越大时,辐射强度越大;卷云条件下光学厚度越小时,辐射强度越大。最后用神经网络的方法对SCIATRAN计算的结果进行训练和模拟并与实际结果进行对比分析,以期对于下一步二氧化碳浓度的反演模型和算法提供有力的理论依据和技术支撑。

基于辐射传输过程的水质遥感模型及其在珠江口的应用

根据入射光在水体中的辐射传输过程以及水分子、悬浮泥沙和污染物等的散射、吸收对传输过程的影响,建立了水质遥感模型。该模型具有清晰的物理意义,较经验和半经验模型具有适用性强,可行性高的优点。采用Landsat8卫星数据,运用该模型对珠江口水域进行了水质定量分析,先对影像进行预处理,包括辐射定标、太阳天顶角纠正和大气校正,继而进行水陆分离,最后选取OLI 3和OLI 4两个波段计算了污染物和悬浮泥沙的浓度,结果与所掌握的珠江口污染物和悬浮泥沙分布的实际情况基本相符,证明利用该模型进行水质定量分析是可行的。

基于夜光数据的大气遥感研究进展

随着美国国防气象卫星(DMSP)、苏奥米国家极地轨道伙伴卫星(Suomi NPP)等一系列夜间微光遥感卫星的发射,夜间微光遥感得到越来越多的学者关注。国内外学者不断探索微光数据在定量遥感中的应用,但基于夜光数据的大气遥感研究成果的系统性整理和总结的研究却相对较少。基于此,对过去20年基于夜间微光数据在大气遥感中的研究进行了全面的综述。从微光成像仪辐射定标、微光辐射传输模型以及基于微光数据的大气参数研究三个方面总结归纳了夜间微光卫星遥感定量化研究的进展,梳理了微光数据在大气遥感研究中的应用现状与特点,以期为夜间微光数据在大气遥感的深入研究中提供有价值的参考。

合肥大气下行长波辐射估算模型研究与改进

大气下行辐射是地表辐射和能量平衡中的一个关键参数,在反演地表温度和发射率、开展气候变化研究中起着关键作用。基于现有的大气下行辐射测量方法的分析比较,开展了合肥大气下行长波辐射的研究。利用MODTRAN辐射传输模型模拟计算了合肥大气下行辐射通量,并以该方法获取的大气下行辐射通量为基准,对广泛应用的晴天经验模型进行性能评价,验证了Idso模型和Ångstrom模型对于合肥大气条件的适用性。进而利用MODTRAN辐射传输模型模拟数据对Idso模型中的参数进行修正,提高了该模型的模拟精度。该研究为方便快捷准确地获取合肥大气下行辐射通量提供了可靠方法。