[发明专利]一种逐像元计算卫星遥感影像大气程辐射的物理方法

摘要

传统的卫星遥感影像程辐射计算主要利用暗目标法，该方法是一种经验方法，而且整景影像只有一个程辐射值，误差较大。本发明提出了一种逐像元计算卫星遥感影像大气程辐射的物理方法，该方法完全基于遥感影像本身，不需要辅助数据，具有较强的普适性，为大区域大气程辐射计算提供了一种新的方法。

主权项

一种逐像元计算卫星遥感影像大气程辐射的物理方法，其步骤为：第一步、对卫星影像进行几何校正；第二步、根据陆地卫星遥感影像的经纬度和影像成像时间，获取同一地理范围、同步过境的MODIS 0.47μm和0.66μm的气溶胶光学厚度、总大气水蒸汽含量、地表气压和臭氧浓度影像，并将各影像做几何校正，转换为和陆地卫星遥感影像一致的投影方式和分辨率，且影像行列数一致；第三步、由总大气水蒸汽含量W计算大气水蒸汽光学厚度；${\mathrm{\τ}}_w=\frac{0.2385a_{w\mathrm{\λ}}wM}{{(1+20.07a_{w\mathrm{\λ}}wM)}^{0.45}}$其中，τ_w是大气水蒸汽光学厚度，a_wλ是水汽吸收系数，w是可降水汽，可降水汽w与总大气水蒸汽含量W在数值上相等，M是相对大气量；第四步、计算臭氧吸收光学厚度τ_o＝C_ozone*A_ozone(λ)τ_o是臭氧吸收光学厚度，C_ozone为MODIS臭氧浓度，单位为Dobson，A_ozone(λ)为波段λ的臭氧吸收系数；第五步、由MODIS 0.47μm和0.66μm的气溶胶光学厚度，利用下式计算波长指数α及大气浑浊度系数β$\mathrm{\α}=-\frac{{\mathrm{ln\τ}}_a\left({\mathrm{\λ}}_1\right)-{\mathrm{ln\τ}}_a\left({\mathrm{\λ}}_2\right)}{{\mathrm{ln\λ}}_1-{\mathrm{ln\λ}}_2}$β＝τ_a(λ₁)λ₁^α＝τ_a(λ₂)λ₂^αλ₁和λ₂分别为0.47μm和0.66μm，τ_a(λ₁)和τ_a(λ₂)分别为0.47μm和0.66μm的气溶胶光学厚度；在得到α和β后，可以利用下式得到任意波长λ的气溶胶光学厚度τ_a(λ)：τ_a(λ)＝βλ^‑α其中，λ为波长，单位为μm，τ_a(λ)是该波长的气溶胶光学厚度；第六步、计算瑞利散射光学厚度；${\mathrm{\τ}}_r=\frac{p}{1013.25}0.008569{\mathrm{\λ}}^{-4}(1+0.0133{\mathrm{\λ}}^{-2}+0.00013{\mathrm{\λ}}^{-4})$其中，τ_r为瑞利散射光学厚度，λ是影像各波段的中心波长，单位为μm；p为MODIS的地表气压产品；第七步、计算太阳照射方向和传感器观测方向的大气透过率；T_z＝exp(‑τ/cosθ_z)＝exp{(‑τ_r‑τ_a‑τ_o‑τ_w)/cosθ_z}T_v＝exp(‑τ/cosθ_v)＝exp{(‑τ_r‑τ_a‑τ_o‑τ_w)/cosθ_v}其中，T_z和T_v分别是太阳照射方向和传感器观测方向的大气透过率，τ是大气光学厚度，θ_z是太阳天顶角，θ_v是传感器观测天顶角，τ_r、τ_a、τ_o和τ_w分别是瑞利散射光学厚度、气溶胶光学厚度、臭氧吸收光学厚度和大气水蒸汽光学厚度；第八步、计算日地距离日地距离d²，天文单位，按下式计算：$\mathrm{\Γ}=\frac{360}{365}(dn-1)$$d^2=\frac{1}{1.00011+0.034221cos\mathrm{\Γ}+0.00128sin\mathrm{\Γ}+0.000719cos\mathrm{\Γ}+0.00077sin2\mathrm{\Γ}}$其中，dn是儒略日，即影像获取日期距离1月1日的天数；第九步、计算散射角θ_p＝180°‑θ_z‑θ_v其中，θ_p为散射角；第十步、假设大气为均匀大气、散射角大于90度时，大气程辐射的计算公式为：$L_p=\frac{E_0}{d^2}{\mathrm{\τ}}_r\frac{3}{16\mathrm{\π}}(1+{\cos }^2{\mathrm{\θ}}_p)(T_z{T}_v-1)/ln\left(T_z{T}_v\right)$其中，L_p为程辐射，E₀是大气层外相应波长的太阳光谱辐照度。