[发明专利]一种实现浑浊水体区域MODIS影像大气校正的方法

摘要

一种实现浑浊水体区域MODIS影像大气校正的方法，其步骤如下：(1)读入531、551、667和678nm波段实测的标准离水反射率之间的经验关系、Rayleigh散射查找表、模型所涉及波段的MODIS影像、同步大气压强、风速和臭氧厚度数据；(2)在步骤(1)涉及的气象数据的基础上，利用Rayleigh散射查找表算法，计算MODIS各波段Rayleigh散射贡献的反射率，并加以订正；(3)利用Rayleigh散射修正后的MODIS影像数据，构建531、551、667和678nm波段的反射率之间的经验关系；(4)在步骤(4)的基础上，利用Angstrom气溶胶指数模型，计算MODIS各波段的气溶胶散射贡献的反射率；(5)在步骤(2)、(4)的基础上计算大气的程辐射贡献的反射率，并对MODIS影像进行大气校正。

主权项

一种实现浑浊水体区域MODIS影像大气校正的方法，其步骤如下：步骤(1)：读入531、551、667和678nm波段实测的标准离水反射率之间的经验关系、Rayleigh散射查找表、模型所涉及波段的MODIS影像、同步大气压强、风速和臭氧厚度数据；其中标准离水反射率之间的关系如下：[ρw]N(λ2)≈a1[ρw]N(λ1)[ρw]N(λ4)≈a2[ρw]N(λ3)式中，[ρw]N(λ1)、[ρw]N(λ2)、[ρw]N(λ3)和[ρw]N(λ4)为标准反射率；a1和a2为经验系数，由实测离水反射率的回归分析得到；λ1、λ2、λ3和λ4为波长；步骤(2)：在步骤(1)涉及的气象数据的基础上，利用Rayleigh散射查找表算法，计算MODIS各波段Rayleigh散射贡献的反射率，并加以订正；ρt(λ)＝ρr(λ)+ρa(λ)+ρra(λ)+t(λ)[ρw]N(λ)ρat(λ)＝ρpath‑ρr(λ)＝ρa(λ)+ρra(λ)+t(λ)ρn(λ)式中，ρr(λ)为Rayleigh散射贡献的反射率；ρa(λ)为气溶胶散射贡献的反射率；ρat(λ)为经过Rayleigh散射校正后的表观反射率；ρra(λ)为气溶胶和大气分子多次散射贡献的反射率，该项可以解释光子在大气分子和气溶胶颗粒之间多次穿梭的结果；ρn(λ)为待求的表观反射率；t(λ)为漫射透过系数，其表达式如下： t ( λ ) = exp { - [ 0.5 τ r ( λ ) + τ oz ( λ ) ] ( 1 cos θ sat + 1 cos θ sol ) } 式中，θsat为卫星天顶角；θsol为太阳高度角；τr(λ)为Rayleigh散射光学厚度；Rayleigh散射光学厚度与气压之间存在如下关系： τ r ( λ ) = P 0 P τ r , 0 ( λ ) 式中，τr，0(λ)为标准大气压下的Rayleigh散射的光学厚度，可从Rayleigh散射查找表中获取；P0为标准大气压，其值取1013.25mb；P为像元所在位置的实际大气压强；臭氧光学厚度可以用下式表示： τ oz ( λ ) = τ oz , 0 ( λ ) DU 1000 式中，DU为单位臭氧浓度；步骤(3)：利用Rayleigh散射修正后的MODIS影像数据，构建531、551、667和678nm波段的反射率之间的经验关系；Rayleigh散射修正后的MODIS影像在531、551、667和678nm波段的反射率之间的经验关系形式如下：ρat(λ2)＝xmρat(λ1)+ymρat(λ4)＝xnρat(λ3)式中，xm、xn和ym为经验常数，可以通过回归计算得到；步骤(4)：在步骤(3)的基础上，利用531、551、667和678nm波段反射率的经验关系，结合Angstrom气溶胶指数模型，计算MODIS各波段的气溶胶散射和气溶胶‑Rayleigh多次散射贡献的反射率；将步骤(1)所示的经验关系，代入ρat(λ)的表达式，并化简可得： ρ at ( λ 2 ) = a 1 t ( λ 2 ) t ( λ 1 ) ρ at ( λ 1 ) + ρ as ( λ 2 ) - a 1 t ( λ 2 ) t ( λ 1 ) ρ as ( λ 1 ) ρ at ( λ 4 ) = a 2 t ( λ 4 ) t ( λ 3 ) ρ at ( λ 3 ) + ρ as ( λ 4 ) - a 2 t ( λ 4 ) t ( λ 3 ) ρ as ( λ 3 ) Angstrom气溶胶指数模型ε(λs，λ1)如下： ϵ ( λ , λ 1 ) ≈ ρ as ( λ ) ρ as ( λ 1 ) ≈ Exp [ n ( λ 1 - λ ) ] 式中，n为Angstrom指数；λ1为参考波段；将ε(λs，λ1)代入本步骤中的ρt(λ2)和ρt(λ4)的表达式可得： R at ( λ 2 ) = a 1 t ( λ 2 ) t ( λ 1 ) R at ( λ 1 ) + [ ϵ ( λ 2 , λ 1 ) - a 1 t ( λ 2 ) t ( λ 1 ) ϵ ( λ 1 , λ 1 ) ] R as ( λ 1 ) R at ( λ 4 ) = a 2 t ( λ 4 ) t ( λ 3 ) R at ( λ 3 ) + [ ϵ ( λ 4 , λ 1 ) - a 2 t ( λ 4 ) t ( λ 3 ) ϵ ( λ 3 , λ 1 ) ] R as ( λ 1 ) 式中，ρas(λ)为ρra(λ)和ρa(λ)的和；将步骤(3)中的经验关系代入上式可得参考波段的ρas(λ)和n的计算方程组： n = ln x n λ 3 - λ 4 ρ as ( λ 1 ) = y m ϵ ( λ 2 , λ 1 ) - x m 步骤(5)：在步骤(2)、(4)的基础上计算大气的程辐射贡献的发射率，并对MODIS影像进行大气校正，计算公式如下： [ ρ w ] N ( λ ) = ρ at ( λ ) - ϵ ( λ , λ 1 ) ρ as ( λ 1 ) t ( λ ) .