遥感大气效应及其纠正.ppt

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1、遥感大气效应及其纠正遥感大气效应及其纠正第一节第一节第一节第一节 大气光学特征大气光学特征大气光学特征大气光学特征第二节第二节第二节第二节 遥感数据中的大气影响遥感数据中的大气影响遥感数据中的大气影响遥感数据中的大气影响第三节第三节第三节第三节 遥感大气纠正遥感大气纠正遥感大气纠正遥感大气纠正国科大暑期课20132013.7绪论绪论绪论绪论授课教师授课教师牛牛铮铮，博士，研究，博士，研究员员 中国科学院遥感与数字地球研究所中国科学院遥感与数字地球研究所 北京朝阳区大屯路，北京朝阳区大屯路，100101100101Tel.010-64889215Tel.010-64889215参考书目参考书目遥

2、感物理遥感物理，徐希孺，徐希孺 编著，北京大学出版社，编著，北京大学出版社，200520051/7大气及其与电磁波相互作用大气及其与电磁波相互作用大气及其与电磁波相互作用大气及其与电磁波相互作用大气是介于遥感传感器与地球表层之间的一大气是介于遥感传感器与地球表层之间的一大气是介于遥感传感器与地球表层之间的一大气是介于遥感传感器与地球表层之间的一层由多种气体及气溶胶等组成的介质层，当层由多种气体及气溶胶等组成的介质层，当层由多种气体及气溶胶等组成的介质层，当层由多种气体及气溶胶等组成的介质层，当电磁波由地球表层传至遥感传感器时，大气电磁波由地球表层传至遥感传感器时，大气电磁波由地球表层传至遥感传

3、感器时，大气电磁波由地球表层传至遥感传感器时，大气是必经的通道是必经的通道是必经的通道是必经的通道大气对电磁波的作用主要可以归纳为两种物大气对电磁波的作用主要可以归纳为两种物大气对电磁波的作用主要可以归纳为两种物大气对电磁波的作用主要可以归纳为两种物理过程，即散射与吸收，大气的吸收与散射理过程，即散射与吸收，大气的吸收与散射理过程，即散射与吸收，大气的吸收与散射理过程，即散射与吸收，大气的吸收与散射作用使遥感接收到的电磁波信息受到影响作用使遥感接收到的电磁波信息受到影响作用使遥感接收到的电磁波信息受到影响作用使遥感接收到的电磁波信息受到影响2/7消光截面消光截面消光截面消光截面在光散射和在光散

4、射和在光散射和在光散射和辐辐辐辐射射射射传输领传输领传输领传输领域中，通常用域中，通常用域中，通常用域中，通常用“截面截面截面截面”这这这这一一一一术语术语术语术语，它与几何面它与几何面它与几何面它与几何面积类积类积类积类似，用来表示粒子由初始光束中所移似，用来表示粒子由初始光束中所移似，用来表示粒子由初始光束中所移似，用来表示粒子由初始光束中所移除的能量大小。当除的能量大小。当除的能量大小。当除的能量大小。当对对对对粒子而言粒子而言粒子而言粒子而言时时时时，截面的，截面的，截面的，截面的单单单单位是面位是面位是面位是面积积积积（厘米（厘米（厘米（厘米2 2），因此，以面），因此，以面），因此

5、，以面），因此，以面积计积计积计积计的消光截面等于散射截面的消光截面等于散射截面的消光截面等于散射截面的消光截面等于散射截面与吸收截面之和。但当与吸收截面之和。但当与吸收截面之和。但当与吸收截面之和。但当对单对单对单对单位位位位质质质质量而言量而言量而言量而言时时时时，截面的，截面的，截面的，截面的单单单单位是每位是每位是每位是每单单单单位位位位质质质质量的面量的面量的面量的面积积积积（厘米（厘米（厘米（厘米2 2 克克克克-1-1），），），），这时这时这时这时，在，在，在，在传输传输传输传输研究中用研究中用研究中用研究中用术语质术语质术语质术语质量消光截面，因而，量消光截面，因而，量消光截

6、面，因而，量消光截面，因而，质质质质量消光截面等量消光截面等量消光截面等量消光截面等于于于于质质质质量散射截面与量散射截面与量散射截面与量散射截面与质质质质量吸收截面之和。此外，当消光量吸收截面之和。此外，当消光量吸收截面之和。此外，当消光量吸收截面之和。此外，当消光截面乘以粒子数密度（厘米截面乘以粒子数密度（厘米截面乘以粒子数密度（厘米截面乘以粒子数密度（厘米-3-3）或当）或当）或当）或当质质质质量消光截面乘以量消光截面乘以量消光截面乘以量消光截面乘以密度（克密度（克密度（克密度（克 厘米厘米厘米厘米-3-3）时时时时，该该该该量称量称量称量称为为为为“消光系数消光系数消光系数消光系数”，

7、它具有，它具有，它具有，它具有长长长长度倒数（厘米度倒数（厘米度倒数（厘米度倒数（厘米-1-1）的）的）的）的单单单单位。位。位。位。3/7光学厚度光学厚度光学厚度光学厚度 (optical thickness,optical depth)(optical thickness,optical depth)定定定定义义义义点点点点s s1 1和和和和s s2 2之之之之间间间间的介的介的介的介质质质质的光学厚度的光学厚度的光学厚度的光学厚度为为为为：并有：并有：并有：并有：在在在在实际应实际应实际应实际应用中，用中，用中，用中，的定的定的定的定义义义义使使使使 永永永永远远远远是正数。是正数。是

8、正数。是正数。4/7散射相函数（散射相函数（散射相函数（散射相函数（scattering phase functionscattering phase function）为为为为描述描述描述描述电电电电磁波被介磁波被介磁波被介磁波被介质质质质散射后在各个方向上的散射后在各个方向上的散射后在各个方向上的散射后在各个方向上的强强强强度分布比例，引入散射相函数度分布比例，引入散射相函数度分布比例，引入散射相函数度分布比例，引入散射相函数 P(,)P(,)，并，并，并，并且且且且P(,)/4P(,)/4 是是是是归归归归一化的，即：一化的，即：一化的，即：一化的，即：根据互易原理：根据互易原理：根据互

9、易原理：根据互易原理：因此同因此同因此同因此同样样样样有：有：有：有：物理意物理意物理意物理意义义义义：P(,)/4P(,)/4 为为为为方向方向方向方向的的的的电电电电磁波磁波磁波磁波被散射到方向被散射到方向被散射到方向被散射到方向的比例。的比例。的比例。的比例。5/7单单单单次散射反射率（次散射反射率（次散射反射率（次散射反射率（single scattering albedosingle scattering albedo）实际实际实际实际上上上上辐辐辐辐射被介射被介射被介射被介质质质质散射的同散射的同散射的同散射的同时时时时，也被介，也被介，也被介，也被介质质质质吸收，吸收，吸收，吸收

10、，即消光即消光即消光即消光过过过过程既包括散射，也包括吸收。程既包括散射，也包括吸收。程既包括散射，也包括吸收。程既包括散射，也包括吸收。单单单单次散射反射率次散射反射率次散射反射率次散射反射率 定定定定义为辐义为辐义为辐义为辐射射射射发发发发生每一次消生每一次消生每一次消生每一次消光（或光（或光（或光（或简简简简称散射）称散射）称散射）称散射）过过过过程中，遭受散射的百分比。程中，遭受散射的百分比。程中，遭受散射的百分比。程中，遭受散射的百分比。入射入射入射入射为为为为1 1，散射后各个方向的，散射后各个方向的，散射后各个方向的，散射后各个方向的总总总总和（和（和（和（积积积积分）即分）即分

11、）即分）即为为为为 6/7若将单次散射独立出来，大气中的辐射传输方程若将单次散射独立出来，大气中的辐射传输方程若将单次散射独立出来，大气中的辐射传输方程若将单次散射独立出来，大气中的辐射传输方程也可以写为：也可以写为：也可以写为：也可以写为：大气大气大气大气辐辐辐辐射射射射传输传输传输传输方程方程方程方程7/7遥感大气效应及其纠正遥感大气效应及其纠正第一节第一节第一节第一节 大气光学特征大气光学特征大气光学特征大气光学特征第二节第二节第二节第二节 遥感数据中的大气影响遥感数据中的大气影响遥感数据中的大气影响遥感数据中的大气影响第三节第三节第三节第三节 遥感大气纠正遥感大气纠正遥感大气纠正遥感大

12、气纠正国科大暑期课20132013.7绪论绪论绪论绪论大气效应及其纠正的主要工作大气效应及其纠正的主要工作大气效应及其纠正的主要工作大气效应及其纠正的主要工作在地表遥感中，大气影响是在地表遥感中，大气影响是在地表遥感中，大气影响是在地表遥感中，大气影响是“噪声噪声噪声噪声”，消除，消除，消除，消除大气对遥感影像电磁波特征的影响，恢复其大气对遥感影像电磁波特征的影响，恢复其大气对遥感影像电磁波特征的影响，恢复其大气对遥感影像电磁波特征的影响，恢复其在地球表层的在地球表层的在地球表层的在地球表层的“本来面目本来面目本来面目本来面目”，就成为定量遥，就成为定量遥，就成为定量遥，就成为定量遥感不可回避

13、的问题感不可回避的问题感不可回避的问题感不可回避的问题另一方面，由于传感器接收的信号中带有大另一方面，由于传感器接收的信号中带有大另一方面，由于传感器接收的信号中带有大另一方面，由于传感器接收的信号中带有大气的特征信息，因此可从中反演我们特殊关气的特征信息，因此可从中反演我们特殊关气的特征信息，因此可从中反演我们特殊关气的特征信息，因此可从中反演我们特殊关注的一些大气特征参数注的一些大气特征参数注的一些大气特征参数注的一些大气特征参数依据遥感图像直接或间接获得的大气参数依据遥感图像直接或间接获得的大气参数依据遥感图像直接或间接获得的大气参数依据遥感图像直接或间接获得的大气参数向上、向下的大气遥

14、感向上、向下的大气遥感向上、向下的大气遥感向上、向下的大气遥感1/15大气成分大气成分大气成分大气成分(Composition)(Composition)大气中包括大气中包括大气中包括大气中包括 3 3 类物质：类物质：类物质：类物质：大气分子大气分子大气分子大气分子气溶胶气溶胶气溶胶气溶胶水颗粒水颗粒水颗粒水颗粒其中水颗粒（其中水颗粒（其中水颗粒（其中水颗粒（hydrometeors）包括云、雨滴、雪）包括云、雨滴、雪）包括云、雨滴、雪）包括云、雨滴、雪片、冰雹等。这类物质对于光学遥感是不片、冰雹等。这类物质对于光学遥感是不片、冰雹等。这类物质对于光学遥感是不片、冰雹等。这类物质对于光学遥感

15、是不“透明透明透明透明”的，因此不包括在遥感大气纠正或反演的研究中。的，因此不包括在遥感大气纠正或反演的研究中。的，因此不包括在遥感大气纠正或反演的研究中。的，因此不包括在遥感大气纠正或反演的研究中。薄云订正属图像处理范畴薄云订正属图像处理范畴薄云订正属图像处理范畴薄云订正属图像处理范畴2/15光学遥感过程中，大气对电磁波的影响，通常光学遥感过程中，大气对电磁波的影响，通常光学遥感过程中，大气对电磁波的影响，通常光学遥感过程中，大气对电磁波的影响，通常可以分成三个部分：可以分成三个部分：可以分成三个部分：可以分成三个部分：一是大气分子散射；一是大气分子散射；一是大气分子散射；一是大气分子散射；

16、二是气溶胶散射与吸收；二是气溶胶散射与吸收；二是气溶胶散射与吸收；二是气溶胶散射与吸收；三是特殊气体分子（如三是特殊气体分子（如三是特殊气体分子（如三是特殊气体分子（如HH2 2OO、OO3 3）吸收。）吸收。）吸收。）吸收。3/15大气分子散射大气分子散射大气分子散射大气分子散射大气分子的尺度通常为大气分子的尺度通常为大气分子的尺度通常为大气分子的尺度通常为1010-4-4 mm，比光学遥感中，比光学遥感中，比光学遥感中，比光学遥感中入射辐射的波长小很多，因此大气分子对无偏入射辐射的波长小很多，因此大气分子对无偏入射辐射的波长小很多，因此大气分子对无偏入射辐射的波长小很多，因此大气分子对无偏

17、振的太阳辐射的散射为瑞利振的太阳辐射的散射为瑞利振的太阳辐射的散射为瑞利振的太阳辐射的散射为瑞利(Rayleigh)(Rayleigh)散射。散射。散射。散射。瑞利散射描述了均匀各向同性的小球粒子对电瑞利散射描述了均匀各向同性的小球粒子对电瑞利散射描述了均匀各向同性的小球粒子对电瑞利散射描述了均匀各向同性的小球粒子对电磁场进行散射后的结果，可归纳为磁场进行散射后的结果，可归纳为磁场进行散射后的结果，可归纳为磁场进行散射后的结果，可归纳为2 2点：点：点：点：散射辐射强度正比于散射辐射强度正比于散射辐射强度正比于散射辐射强度正比于-4-4 散射散射散射散射辐辐辐辐射在射在射在射在4 4 空空空空

18、间间间间上的分布上的分布上的分布上的分布为为为为(1+cos(1+cos2 2)4/15大气分子散射光学厚度大气分子散射光学厚度大气分子散射光学厚度大气分子散射光学厚度小球散射辐射强度正比于小球散射辐射强度正比于小球散射辐射强度正比于小球散射辐射强度正比于-4-4，相当于散射截面，相当于散射截面，相当于散射截面，相当于散射截面正比于正比于正比于正比于-4-4，因此光学厚度满足：，因此光学厚度满足：，因此光学厚度满足：，因此光学厚度满足：如果知道某一波段如果知道某一波段如果知道某一波段如果知道某一波段 0 0的光学厚度，则通过上式的光学厚度，则通过上式的光学厚度，则通过上式的光学厚度，则通过上式

19、可计算出任一波段的光学厚度。可计算出任一波段的光学厚度。可计算出任一波段的光学厚度。可计算出任一波段的光学厚度。另一种另一种另一种另一种整层整层整层整层光学厚度的计算法可以表示为：光学厚度的计算法可以表示为：光学厚度的计算法可以表示为：光学厚度的计算法可以表示为：大气分子在大气分子在大气分子在大气分子在z=0z=0处的散射系数处的散射系数处的散射系数处的散射系数比较固定，可比较固定，可比较固定，可比较固定，可以查表得到。以查表得到。以查表得到。以查表得到。HHP P=69km=69km为大气分子的标高。为大气分子的标高。为大气分子的标高。为大气分子的标高。当当当当 0 0=1=1m m m m

20、时时，第一个公式，第一个公式，第一个公式，第一个公式变变成什么成什么成什么成什么样样子？子？子？子？5/15大气分子散射相函数大气分子散射相函数大气分子散射相函数大气分子散射相函数由于发生瑞利散射时，由于发生瑞利散射时，由于发生瑞利散射时，由于发生瑞利散射时，散射辐射在散射辐射在散射辐射在散射辐射在4 4 空间上的空间上的空间上的空间上的分布为分布为分布为分布为(1+cos(1+cos2 2)，描述了散射能的角分布。根，描述了散射能的角分布。根，描述了散射能的角分布。根，描述了散射能的角分布。根据归一化散射相函数的公式：据归一化散射相函数的公式：据归一化散射相函数的公式：据归一化散射相函数的公

21、式：得到瑞利散射的相函数得到瑞利散射的相函数得到瑞利散射的相函数得到瑞利散射的相函数为：为：为：为：上式仅与入射方向与出射方向夹角的余弦有关。上式仅与入射方向与出射方向夹角的余弦有关。上式仅与入射方向与出射方向夹角的余弦有关。上式仅与入射方向与出射方向夹角的余弦有关。旋转对称，前后对称旋转对称，前后对称旋转对称，前后对称旋转对称，前后对称6/15气溶胶消光气溶胶消光气溶胶消光气溶胶消光气溶胶尺度通常大于光学遥感中入射辐射的波气溶胶尺度通常大于光学遥感中入射辐射的波气溶胶尺度通常大于光学遥感中入射辐射的波气溶胶尺度通常大于光学遥感中入射辐射的波长或与其相同，此时散射作用只能用米氏长或与其相同，此

22、时散射作用只能用米氏长或与其相同，此时散射作用只能用米氏长或与其相同，此时散射作用只能用米氏(Mie)(Mie)散射理论表达。米氏散射同样针对均匀各向同散射理论表达。米氏散射同样针对均匀各向同散射理论表达。米氏散射同样针对均匀各向同散射理论表达。米氏散射同样针对均匀各向同性的球粒子，且满足远场理论。性的球粒子，且满足远场理论。性的球粒子，且满足远场理论。性的球粒子，且满足远场理论。米氏散射的结果，可归纳为米氏散射的结果，可归纳为米氏散射的结果，可归纳为米氏散射的结果，可归纳为2 2点：点：点：点：散射辐射强度正比于散射辐射强度正比于散射辐射强度正比于散射辐射强度正比于-，=04=04 散射散射

23、散射散射辐辐辐辐射主要分布在前向射主要分布在前向射主要分布在前向射主要分布在前向7/15相比于大气分子而言，气溶胶的散射和吸收要复相比于大气分子而言，气溶胶的散射和吸收要复相比于大气分子而言，气溶胶的散射和吸收要复相比于大气分子而言，气溶胶的散射和吸收要复杂得多。主要体现在气溶胶的成分（粒子尺度和杂得多。主要体现在气溶胶的成分（粒子尺度和杂得多。主要体现在气溶胶的成分（粒子尺度和杂得多。主要体现在气溶胶的成分（粒子尺度和类型）变化多样。类型）变化多样。类型）变化多样。类型）变化多样。尽管每种粒子满足米氏散射理论，但是由于其参尽管每种粒子满足米氏散射理论，但是由于其参尽管每种粒子满足米氏散射理论

24、，但是由于其参尽管每种粒子满足米氏散射理论，但是由于其参数，包括粒子尺度、折射率等不一样，得到的理数，包括粒子尺度、折射率等不一样，得到的理数，包括粒子尺度、折射率等不一样，得到的理数，包括粒子尺度、折射率等不一样，得到的理论结果也不一样。其整体结果是各种成分的综合论结果也不一样。其整体结果是各种成分的综合论结果也不一样。其整体结果是各种成分的综合论结果也不一样。其整体结果是各种成分的综合体现。体现。体现。体现。因此不同类型的气溶胶（如大陆型气溶胶与海洋因此不同类型的气溶胶（如大陆型气溶胶与海洋因此不同类型的气溶胶（如大陆型气溶胶与海洋因此不同类型的气溶胶（如大陆型气溶胶与海洋型气溶胶）的光学

25、厚度、单次散射反射率、散射型气溶胶）的光学厚度、单次散射反射率、散射型气溶胶）的光学厚度、单次散射反射率、散射型气溶胶）的光学厚度、单次散射反射率、散射相函数等光学参数均不相同。相函数等光学参数均不相同。相函数等光学参数均不相同。相函数等光学参数均不相同。8/15气溶胶光学厚度气溶胶光学厚度气溶胶光学厚度气溶胶光学厚度类似大气分子，气溶胶类似大气分子，气溶胶类似大气分子，气溶胶类似大气分子，气溶胶光学厚度满足：光学厚度满足：光学厚度满足：光学厚度满足：(1(1 m)m)称为称为称为称为AngstromAngstrom大气浑浊度参数。大气浑浊度参数。大气浑浊度参数。大气浑浊度参数。取值取值取值取

26、值与粒子平均半径有关（气溶胶由多种尺度的粒与粒子平均半径有关（气溶胶由多种尺度的粒与粒子平均半径有关（气溶胶由多种尺度的粒与粒子平均半径有关（气溶胶由多种尺度的粒子构成，各尺度的比例可由尺度谱表示）。子构成，各尺度的比例可由尺度谱表示）。子构成，各尺度的比例可由尺度谱表示）。子构成，各尺度的比例可由尺度谱表示）。海洋型气溶胶相比于大陆型含有较少但较大的粒子海洋型气溶胶相比于大陆型含有较少但较大的粒子海洋型气溶胶相比于大陆型含有较少但较大的粒子海洋型气溶胶相比于大陆型含有较少但较大的粒子瑞利散射的区别瑞利散射的区别瑞利散射的区别瑞利散射的区别 Angstrom unit Angstrom uni

27、t 即为长度单位即为长度单位即为长度单位即为长度单位埃埃埃埃 0 01.31.31.51.52.02.02.252.253.03.03.84.03.84.0平均半径平均半径平均半径平均半径（mm ）2.02.00.60.60.50.50.220.220.250.250.150.150.0620.0620.10.10.020 g0。沙尘暴中气溶胶粒子平均半径在。沙尘暴中气溶胶粒子平均半径在。沙尘暴中气溶胶粒子平均半径在。沙尘暴中气溶胶粒子平均半径在0.5m0.5m左右，左右，左右，左右，在在在在=0.55m=0.55m处，处，处，处，g0.8g0.8。对于云滴和雨滴，。对于云滴和雨滴，。对于云滴

28、和雨滴，。对于云滴和雨滴，g g的数的数的数的数值更大。值更大。值更大。值更大。12/15气溶胶单次散射反射率气溶胶单次散射反射率气溶胶单次散射反射率气溶胶单次散射反射率气溶胶单次散射反射率差别较大。气溶胶单次散射反射率差别较大。气溶胶单次散射反射率差别较大。气溶胶单次散射反射率差别较大。Waggoner(1981)Waggoner(1981)对美国气溶胶给出：对美国气溶胶给出：对美国气溶胶给出：对美国气溶胶给出：城市工业区城市工业区城市工业区城市工业区城市居住区城市居住区城市居住区城市居住区非城市及原野区非城市及原野区非城市及原野区非城市及原野区 0.54-0.610.54-0.610.73

29、-0.870.73-0.870.89-1.00.89-1.0Shettle(1979)Shettle(1979)给出：给出：给出：给出：城城城城 市市市市原原原原 野野野野水体上空水体上空水体上空水体上空 0.70.70.950.950.990.9913/15特殊气体分子吸收特殊气体分子吸收特殊气体分子吸收特殊气体分子吸收在光学遥感大气校正中，特殊气体分子吸收主在光学遥感大气校正中，特殊气体分子吸收主在光学遥感大气校正中，特殊气体分子吸收主在光学遥感大气校正中，特殊气体分子吸收主要指要指要指要指HH2 2OO、OO3 3在某些波段的吸收。在某些波段的吸收。在某些波段的吸收。在某些波段的吸收。由

30、于特殊气体在大气中含量极少，其散射作用由于特殊气体在大气中含量极少，其散射作用由于特殊气体在大气中含量极少，其散射作用由于特殊气体在大气中含量极少，其散射作用可以忽略不计。可以忽略不计。可以忽略不计。可以忽略不计。Fraser(1985)Fraser(1985)给出给出给出给出610610100100nmnm处，其吸收的光学处，其吸收的光学处，其吸收的光学处，其吸收的光学厚度约为厚度约为厚度约为厚度约为0.0210.021。但这只是个参考，特殊气体在。但这只是个参考，特殊气体在。但这只是个参考，特殊气体在。但这只是个参考，特殊气体在大气中变化较大，各地区具有显著差异。大气中变化较大，各地区具有

31、显著差异。大气中变化较大，各地区具有显著差异。大气中变化较大，各地区具有显著差异。14/15总结总结总结总结大气成分：大气分子、气溶胶大气成分：大气分子、气溶胶大气成分：大气分子、气溶胶大气成分：大气分子、气溶胶遥感中的三种大气效应：大气分子散射、气遥感中的三种大气效应：大气分子散射、气遥感中的三种大气效应：大气分子散射、气遥感中的三种大气效应：大气分子散射、气溶胶消光、特殊气体分子吸收溶胶消光、特殊气体分子吸收溶胶消光、特殊气体分子吸收溶胶消光、特殊气体分子吸收大气各成分的光学特征：分子散射特征基本固大气各成分的光学特征：分子散射特征基本固大气各成分的光学特征：分子散射特征基本固大气各成分的

32、光学特征：分子散射特征基本固定，气溶胶消光和特殊分子吸收特征变化较大定，气溶胶消光和特殊分子吸收特征变化较大定，气溶胶消光和特殊分子吸收特征变化较大定，气溶胶消光和特殊分子吸收特征变化较大15/15遥感大气效应及其纠正遥感大气效应及其纠正第一节第一节第一节第一节 大气光学特征大气光学特征大气光学特征大气光学特征第二节第二节第二节第二节 遥感数据中的大气影响遥感数据中的大气影响遥感数据中的大气影响遥感数据中的大气影响第三节第三节第三节第三节 遥感大气纠正遥感大气纠正遥感大气纠正遥感大气纠正国科大暑期课20132013.7绪论绪论绪论绪论遥感器接收到的三种信号遥感器接收到的三种信号遥感器接收到的三

33、种信号遥感器接收到的三种信号1/15光学遥感过程中，卫星遥感器接收到的大气上光学遥感过程中，卫星遥感器接收到的大气上光学遥感过程中，卫星遥感器接收到的大气上光学遥感过程中，卫星遥感器接收到的大气上界出射辐射亮度为：界出射辐射亮度为：界出射辐射亮度为：界出射辐射亮度为：L=LL=Ls s+L+L0 0+L+Ld d三个部分中，只有三个部分中，只有三个部分中，只有三个部分中，只有L Ls s含有被含有被含有被含有被观测地物信息。观测地物信息。观测地物信息。观测地物信息。L L0 0为下行辐为下行辐为下行辐为下行辐射未经地面反射，就被大气射未经地面反射，就被大气射未经地面反射，就被大气射未经地面反射

34、，就被大气散射进遥感器的部分，称为散射进遥感器的部分，称为散射进遥感器的部分，称为散射进遥感器的部分，称为路径辐射或程辐射。路径辐射或程辐射。路径辐射或程辐射。路径辐射或程辐射。L Ld d为非为非为非为非观测地物被大气散射进遥感观测地物被大气散射进遥感观测地物被大气散射进遥感观测地物被大气散射进遥感器的部分，称为交叉辐射。器的部分，称为交叉辐射。器的部分，称为交叉辐射。器的部分，称为交叉辐射。L Ld dL Ls sL L0 0S SGGS S点为被观测地物，点为被观测地物，点为被观测地物，点为被观测地物，GG点为背景地物点为背景地物点为背景地物点为背景地物2/15前面讲过，遥感数据中的大气

35、影响包括大气分子前面讲过，遥感数据中的大气影响包括大气分子前面讲过，遥感数据中的大气影响包括大气分子前面讲过，遥感数据中的大气影响包括大气分子散射、气溶胶散射和吸收、特殊气体吸收。如何散射、气溶胶散射和吸收、特殊气体吸收。如何散射、气溶胶散射和吸收、特殊气体吸收。如何散射、气溶胶散射和吸收、特殊气体吸收。如何在在在在L Ls s、L L0 0、L Ld d中分别考虑这三种影响的综合效应，中分别考虑这三种影响的综合效应，中分别考虑这三种影响的综合效应，中分别考虑这三种影响的综合效应，是正确解释大气影响的关键。是正确解释大气影响的关键。是正确解释大气影响的关键。是正确解释大气影响的关键。大气中的辐

36、射传输方程为：大气中的辐射传输方程为：大气中的辐射传输方程为：大气中的辐射传输方程为：大气分子和气溶胶均满足上述方程，但是大气分子和气溶胶均满足上述方程，但是大气分子和气溶胶均满足上述方程，但是大气分子和气溶胶均满足上述方程，但是、P P P P均不同均不同均不同均不同。6S(Second Simulation of the Satellite Signal in 6S(Second Simulation of the Satellite Signal in the Solar Spectrum)the Solar Spectrum)算法算法算法算法3/156S6S是被广泛应用的遥感大气纠正算

37、法之一，由是被广泛应用的遥感大气纠正算法之一，由是被广泛应用的遥感大气纠正算法之一，由是被广泛应用的遥感大气纠正算法之一，由TanreTanre等设计。在不考虑交叉辐射影响的前提等设计。在不考虑交叉辐射影响的前提等设计。在不考虑交叉辐射影响的前提等设计。在不考虑交叉辐射影响的前提下，遥感器接收的等效反射率可以表达为：下，遥感器接收的等效反射率可以表达为：下，遥感器接收的等效反射率可以表达为：下，遥感器接收的等效反射率可以表达为：LOWTRANMODTRANLOWTRANMODTRAN其中其中其中其中T Tg g(s s,v v)为特殊气体吸收所构成的透射率，为特殊气体吸收所构成的透射率，为特殊

38、气体吸收所构成的透射率，为特殊气体吸收所构成的透射率，r+ar+a为为为为由分子和气溶胶引起的路径由分子和气溶胶引起的路径由分子和气溶胶引起的路径由分子和气溶胶引起的路径辐辐辐辐射射射射(等效反等效反等效反等效反射率射率射率射率)，T(T(s s)、T(T(v v)为大气透射率，为大气透射率，为大气透射率，为大气透射率，s s为目标地为目标地为目标地为目标地表反射率，表反射率，表反射率，表反射率，S S为大气下界向下的反射率。为大气下界向下的反射率。为大气下界向下的反射率。为大气下界向下的反射率。4/15首先，解释公式：首先，解释公式：首先，解释公式：首先，解释公式：等式右边最后一项。等式右边

39、最后一项。等式右边最后一项。等式右边最后一项。I I1 1=I=I0 0 s sI I2 2=I=I0 0 S S s s2 2I I3 3=I=I0 0 S S2 2 s s3 3I IN N=I I0 0 S SN-1 N-1 s sN NI I0 0I I1 1I I2 2I INN大气下界大气下界大气下界大气下界目标地物目标地物目标地物目标地物则由于大气下界与目标地物间的多次反射引起的则由于大气下界与目标地物间的多次反射引起的则由于大气下界与目标地物间的多次反射引起的则由于大气下界与目标地物间的多次反射引起的反射率为：反射率为：反射率为：反射率为：5/15大气下界向下的反射率大气下界向

40、下的反射率大气下界向下的反射率大气下界向下的反射率S S与大气光学厚度有关，可与大气光学厚度有关，可与大气光学厚度有关，可与大气光学厚度有关，可以通过一定的辐射传输原理估算出来，通常较小。以通过一定的辐射传输原理估算出来，通常较小。以通过一定的辐射传输原理估算出来，通常较小。以通过一定的辐射传输原理估算出来，通常较小。大气透射率大气透射率大气透射率大气透射率T(T(s s)、T(T(v v)如果做零次散射近似时有：如果做零次散射近似时有：如果做零次散射近似时有：如果做零次散射近似时有：其中其中其中其中 r r为为分子散射整分子散射整分子散射整分子散射整层层光学厚度，光学厚度，光学厚度，光学厚度

41、，a a为为气溶胶散射气溶胶散射气溶胶散射气溶胶散射与吸收整与吸收整与吸收整与吸收整层层光学厚度。光学厚度。光学厚度。光学厚度。如果考虑多次散射，则较如果考虑多次散射，则较如果考虑多次散射，则较如果考虑多次散射，则较为复杂，主要是要把分子散射、气溶胶散射与吸为复杂，主要是要把分子散射、气溶胶散射与吸为复杂，主要是要把分子散射、气溶胶散射与吸为复杂，主要是要把分子散射、气溶胶散射与吸收、以及二者相互作用一并考虑。收、以及二者相互作用一并考虑。收、以及二者相互作用一并考虑。收、以及二者相互作用一并考虑。6S6S算法为解决算法为解决算法为解决算法为解决这一问题，采用了连续散射方法求算辐射传输方这一问

42、题，采用了连续散射方法求算辐射传输方这一问题，采用了连续散射方法求算辐射传输方这一问题，采用了连续散射方法求算辐射传输方程，将大气分为程，将大气分为程，将大气分为程，将大气分为1313层，采用层，采用层，采用层，采用1212个高斯离散角。个高斯离散角。个高斯离散角。个高斯离散角。零次散射近似的成立与否取决于大气状况、波长、天顶角零次散射近似的成立与否取决于大气状况、波长、天顶角零次散射近似的成立与否取决于大气状况、波长、天顶角零次散射近似的成立与否取决于大气状况、波长、天顶角6/15在公式在公式在公式在公式中，特殊气体吸收所构成的透射率中，特殊气体吸收所构成的透射率中，特殊气体吸收所构成的透射

43、率中，特殊气体吸收所构成的透射率T Tg g(s s,v v)与散射与散射与散射与散射无关，可以简单表示为与分子吸收光学厚度有关无关，可以简单表示为与分子吸收光学厚度有关无关，可以简单表示为与分子吸收光学厚度有关无关，可以简单表示为与分子吸收光学厚度有关的比尔定律（只考虑臭氧和水汽）：的比尔定律（只考虑臭氧和水汽）：的比尔定律（只考虑臭氧和水汽）：的比尔定律（只考虑臭氧和水汽）：上式把特殊气体吸收过程与其它过程完全分开，上式把特殊气体吸收过程与其它过程完全分开，上式把特殊气体吸收过程与其它过程完全分开，上式把特殊气体吸收过程与其它过程完全分开，不够精确。不够精确。不够精确。不够精确。6S6S算

44、法根据臭氧和水汽的不同分布特算法根据臭氧和水汽的不同分布特算法根据臭氧和水汽的不同分布特算法根据臭氧和水汽的不同分布特性，对其进行了修正，具体可查相关参考文献。性，对其进行了修正，具体可查相关参考文献。性，对其进行了修正，具体可查相关参考文献。性，对其进行了修正，具体可查相关参考文献。路径辐射路径辐射路径辐射路径辐射 (path radiation)(path radiation)7/15在公式在公式在公式在公式中，中，中，中，由分子和气溶胶引起的路径由分子和气溶胶引起的路径由分子和气溶胶引起的路径由分子和气溶胶引起的路径辐辐辐辐射射射射 r+ar+a可以表可以表可以表可以表示示示示为为为为：

45、其中，其中，其中，其中，r r为为为为分子瑞利散射引起的路径分子瑞利散射引起的路径分子瑞利散射引起的路径分子瑞利散射引起的路径辐辐辐辐射（等射（等射（等射（等效反射率），效反射率），效反射率），效反射率），a a为气溶胶引起的路径辐射，为气溶胶引起的路径辐射，为气溶胶引起的路径辐射，为气溶胶引起的路径辐射，rara考虑的是分子和气溶胶的相互作用，比如光子考虑的是分子和气溶胶的相互作用，比如光子考虑的是分子和气溶胶的相互作用，比如光子考虑的是分子和气溶胶的相互作用，比如光子先与大气分子发生瑞利散射，然后与气溶胶发先与大气分子发生瑞利散射，然后与气溶胶发先与大气分子发生瑞利散射，然后与气溶胶发先与

46、大气分子发生瑞利散射，然后与气溶胶发生米散射，或者反之。生米散射，或者反之。生米散射，或者反之。生米散射，或者反之。8/15最原始的公式最原始的公式最原始的公式最原始的公式实际上是实际上是实际上是实际上是6S6S的前身的前身的前身的前身5S5S的算法。如前所述，的算法。如前所述，的算法。如前所述，的算法。如前所述，6S6S对各项的计算进行了修正，并根据特殊气体吸收对各项的计算进行了修正，并根据特殊气体吸收对各项的计算进行了修正，并根据特殊气体吸收对各项的计算进行了修正，并根据特殊气体吸收特点，对公式做了一些小的修改。特点，对公式做了一些小的修改。特点，对公式做了一些小的修改。特点，对公式做了一

47、些小的修改。此外，此外，此外，此外，6S6S算法及其后续研究还考虑了地表非朗伯算法及其后续研究还考虑了地表非朗伯算法及其后续研究还考虑了地表非朗伯算法及其后续研究还考虑了地表非朗伯特性的影响，以及地表非均一影响。前者使上式特性的影响，以及地表非均一影响。前者使上式特性的影响，以及地表非均一影响。前者使上式特性的影响，以及地表非均一影响。前者使上式最后一项的表达更加复杂，会根据需要分成若干最后一项的表达更加复杂，会根据需要分成若干最后一项的表达更加复杂，会根据需要分成若干最后一项的表达更加复杂，会根据需要分成若干项；后者使算法必须考虑交叉辐射，项；后者使算法必须考虑交叉辐射，项；后者使算法必须考

48、虑交叉辐射，项；后者使算法必须考虑交叉辐射，6S6S给出的交给出的交给出的交给出的交叉辐射估算相对较为简单。叉辐射估算相对较为简单。叉辐射估算相对较为简单。叉辐射估算相对较为简单。9/156S6S程序中不仅包括算法，而且包括一些典型的大程序中不仅包括算法，而且包括一些典型的大程序中不仅包括算法，而且包括一些典型的大程序中不仅包括算法，而且包括一些典型的大气模式。用户可以根据遥感影像所在地区，选择气模式。用户可以根据遥感影像所在地区，选择气模式。用户可以根据遥感影像所在地区，选择气模式。用户可以根据遥感影像所在地区，选择合适模式，由程序计算分子和气溶胶的合适模式，由程序计算分子和气溶胶的合适模式

49、，由程序计算分子和气溶胶的合适模式，由程序计算分子和气溶胶的、P P等等等等参数的垂直分布特征。将上述参数代入辐射传输参数的垂直分布特征。将上述参数代入辐射传输参数的垂直分布特征。将上述参数代入辐射传输参数的垂直分布特征。将上述参数代入辐射传输运算中，即可得到模型各项的具体表达。运算中，即可得到模型各项的具体表达。运算中，即可得到模型各项的具体表达。运算中，即可得到模型各项的具体表达。用户也可根据实测资料，自行输入或修改大气模用户也可根据实测资料，自行输入或修改大气模用户也可根据实测资料，自行输入或修改大气模用户也可根据实测资料，自行输入或修改大气模式，使大气影响分析更为精确。式，使大气影响分

50、析更为精确。式，使大气影响分析更为精确。式，使大气影响分析更为精确。总结总结总结总结遥感器接收信号的分解：三部分遥感器接收信号的分解：三部分遥感器接收信号的分解：三部分遥感器接收信号的分解：三部分5S5S模型及其各项的意义：模型及其各项的意义：模型及其各项的意义：模型及其各项的意义：6S6S修正的概要性描述修正的概要性描述修正的概要性描述修正的概要性描述10/15交叉辐射交叉辐射交叉辐射交叉辐射 (cross radiation)(cross radiation)11/15当遥感器对地表某点成像时，由于大气散射，当遥感器对地表某点成像时，由于大气散射，当遥感器对地表某点成像时，由于大气散射，当