大气辐射传输模型6S简介

大气辐射传输模型6S简介1986年，法国UniversitédesSciencesetTechnologiesdeLille（里尔科技大学）大气光学实验室Tanré等人为了简化大气辐射传输方程，开发了太阳光谱波段卫星信号模拟程序5S（SIMULATIONOFTHESATELLITESIGNALINTHESOLARSPECTRUM），用来模拟地气系统中太阳辐射的传输过程并计算卫星入瞳处辐射亮度。1997年，EricVemote对5S进行了改进，发展到6S（SECONDSIMULATIONOFTHESATELLITESIGNALINTHESOLARSPECTRUM）,6S吸收了最新的散射计算方法，使太阳光谱波段的散射计算精度比5S有所提高。这种模式是在假定无云大气的情况下，考虑了水汽、CO2、O3和O2的吸收、分子和气溶胶的散射以及非均一地面和双向反射率的问题。6S是对5S的改进，光谱积分的步长从5nm改进到2.5nm，同5S相比，它可以模拟机载观测、设置目标高程、解释BRDF作用和临近效应，增加了两种吸收气体的计算（CO、N2O）。采用SOS(successiveorderofscattering)方法计算散射作用以提高精度。缺点是不能处理球形大气和limb(临边)观测。它其中主要包括以下几个部分：（1）太阳、地物与传感器之间的几何关系:用太阳天顶角、太阳方位角、观测天顶角、观测方位角四个变量来描述；（2）大气模式：定义了大气的基本成分以及温湿度廓线，包括7种模式，还可以通过自定义的方式来输入由实测的探空数据，生成局地更为精确、实时的大气模式，此外，还可以改变水汽和臭氧含量的模式；（3）气溶胶模式：定义了全球主要的气溶胶参数，如气溶胶相函数、非对称因子和单次散射反照率等，6S中定义了7种缺省的标准气溶胶模式和一些自定义模式；（4）传感器的光谱特性：定义了传感器的通道的光谱响应函数，6S中自带了大部分主要传感器的可见光近红外波段的通道相应光谱响应函数，如TM，MSS，POLDER和MODIS等；（5）地表反射率：定义了地表的反射率模型，包括均一地表与非均一地表两种情况，在均一地表中又考虑了有无方向性反射问题，在考虑方向性时用了9种不同模型）。这5个部分便构成了辐射传输模型，考虑了大气顶的太阳辐射能量通过大气传递到地表，以及地表的反射辐射通过大气到达传感器的整个辐射传输过程。6S的输入参数主要有9个部分组成：（1）几何参数6S两种输入方法⑴太阳和卫星的天顶角和方位角以及观测时间(月,日)。⑵卫星的接收时间(月,日,年)、像素点数、升交点时间，由程序计算太阳和卫星的天顶角和方位角。特别注意的是这里的时间采用世界时且要精确到1/6秒。（2）大气模式6S给出几种可供选择的大气模式，热带、中纬度夏季、中纬度冬季、近极地夏季、近极地冬季、美国62标准大气也可自定义大气模式。（3）气溶胶模式三种选择：⑴无气溶胶。⑵自定义气溶胶模式。如，四种基本气溶胶的体积的加权平均；气溶胶的谱分布加光度计测量结果（光学厚度）和复折射指数；直接给出消光系数。⑶提供的三种气溶胶模式大陆型，海洋型和乡村型。（4）气溶胶浓度两种选择：⑴在550nm处的光学厚度⑵气象能见度（km）。故它也提供了两者的相互关系。（5）地面高度以千米为单位的地面海拔高度（设为负值）。（6）探测器高度-1000代表卫星测量，0为地基观测，飞机航测输入以千米为单位的负值。（7）探测器的光谱条件给出了常见卫星Meteosat，Goes，NOAA/AVHRR和HRV，LandsatTM和MSS，ModisPolder的每个通道的光谱响应函数，也可选择自定义。（8）地表特性可以选择地表均一或不均一，也可选择地表为郎伯体或双向反射。6S给出了九种比较成熟的BRDF模式供用户选择，也可自定义BRDF函数（输入个角度的反射率及入射强度）（9）表观反射率输入反射率或辐射亮度，同时也决定模式是正向还是反向工作。当RAPP-1时是正向。RAPP0（辐射亮度）或-1RAPP0（反射率）均决定是反向过程，即要进行大气订正过程。有几种6S可执行文件，我知道的有2种，一种是编辑一个文本文件，在DOS界面下输入这个文本文件的名字，指定输出文件的名字；另外一种是运行6S，在提示下一个一个输出参数。先介绍一个一个输入的情况，给个例子：输入文件：Geometricalconditions几何条件igeom[0-7]:0(用户自定义几何条件）asol,phi,avis,phiv,month,day:32.50,157.70,24.10,103.60,8,29(太阳天顶角，太阳方位角、观测天顶角、观测方位角、月份、天〕Atmosphericmodel大气模型idatm[0-8]:2（中纬度夏季大气模式）Aerosolmodel(type)气溶胶类型iaer[0-12]:5(背景沙漠气溶胶类型)Aerosolmodel(concentration)气溶胶浓度thevisibility:0(输入光学厚度)theaeroopticaldepthat550:0.087(550nm气溶胶光学厚度)Thealtitudeoftarget目标的高度xps:-1.15(目标高度＝1.15km)Thesensoraltitude传感器的高度xpp:-1000(传感器在卫星高度)Thespectralconditions波段状况iwave[-2--60]:21(SPOT1－HRV2波段1)Groundreflectance(type)地面反射率inhomo:0(地面均匀)idirec:0(地面无方向影响)igroun:0(反射率不随波长变化)ro:0.21(地面波段反射率＝0.21)Atmosphericcorrectionmode激活大气订正的方式rapp:-0.2(表观反射率)Outputfilename:输出的文件名d:\dh6s\example.dat(输出文件名)－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－再给个直接输入文本文件的例子：7(TM)11132.15120.233331.2333(太阳天顶角、方位角；观测天顶角、方位角；月、日)3(中纬度冬季)1(大陆型气溶胶)20(地表能见度为20公里)-0.01(目标物的高度：0.1公里)-1000(传感器的高度：卫星上)25(TM1)0(为均匀地表)0(无方向性)4(湖水)100(执行大气校正，大气层顶辐亮度)－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－6S输出一个很长的文本文件。这个文件首先描述一下输入参数的情况，然后模拟在这些输入的条件下，辐射在太阳－地物－遥感器之间的传输过程，输出其中的中间参数和最终的就结果参数。其中，比较重要的是下面几行。它首先模拟了地面接收的辐照度来自3部分，太阳直射、大气漫射和环境辐射。然后模拟了遥感器接收的辐射来自3部分，大气折射、背景辐射和来自地物象元的反射。*int.absolutevaluesof**-----------------------**irr.atgroundlevel(w/m2/mic)**directsolarirr.atm.diffuseirr.environmentirr**522.913353.43611.241**radatsatel.level(w/m2/sr/mic)**atm.intrin.rad.backgroundrad.pixelradiance**35.8584.77013.098*如果在输入文件中选择进行大气校正，则输出下面大气校正参数：xa,xb和xc。利用下面这个公式可以对遥感图像进行大气校正，提到地表反射率acr，前提是遥感图像经过辐射定标，是辐亮度图像，而且单位必须是w/m2/sr/mic。y=xa*(measuredradiance)-xb;acr=y/(1.+xc*y)***************************************************************atmosphericcorrectionresult**-----------------------------**inputapparentreflectance:0.269**measuredradiance[w/m2/sr/mic]:100.000**atmosphericallycorrectedreflectance:0.257**coefficientsxaxbxc:0.004190.153470.17212**y=xa*(measuredradiance)-xb;acr=y/(1.+xc*y)************************************************************