第7章 节 课件 第七章 节 辐射计和水色遥感（Radiometer Ocean Color Remote Sensing） 卫星海洋学 PPT.ppt

表7-2离水辐射（t Lw）、大气散射（Lp）和表面反射（T Lr）对卫星传感器接收到的可见光波段信号的贡献 可见光波段传感器接收的信号Li(λ)，主要是由大气散射Lp(λ)贡献的。包含着海洋信息的离水辐亮度的贡献t Lw在卫星接收到的信号中占的份额不到20%；海面对阳光的直接反射T Lr在没有出现太阳耀斑的情况下，在卫星接收到的信号中占的份额不到2%。因此，大气校正对于水色遥感特别重要；水色扫描仪对“信噪比”的技术要求也应更高。 离水辐射在卫星传感器接收辐射中的贡献 大气漫透射率 式中ωA是气溶胶对太阳辐射的单次散射反照率,ωR是空气分子对太阳辐射的单次散射反照率，单次散射反照率代表散射系数与衰减系数之比。 fA代表气溶胶前向散射的概率,fR代表空气分子前向散射的概率。 对于非吸收气体，ωR≈ωA≈1。前向散射的概率f可以通过它与体积散射相函数P（λ,θ）之间的关系来计算.对于θ≤60°的漫透射光， fR≈0.5，ωR≈1，fRωR≈0.5，1-ωAfA1。André和Morel（1989）指出，fA≈0.9，ωA≈1，1-ωAfA≈0.1。 应该指出，在上述文献中作者对气溶胶前向散射的概率fA的估计只是非常粗糙的近似，不能轻易认定。因为1-ωAfA1，故有人认为可以忽略气溶胶散射对大气漫透射率的影响。实际上，尽管1-ωAfA1，但是在可见光和近红外波段气溶胶的光学厚度比大气层内空气分子的光学厚度大很多，所以不能轻易忽略气溶胶散射对大气漫透射率的影响。 单次散射会使辐射损失，而多次散射的累积作用又使辐射增强。考虑以上两种作用，大气漫透射率可表达为 式中βA表示多次气溶胶散射的累积作用。 多次散射效果 直接透射率 因为镜面反射的光比较强，这种情况下反射光在大气层传播过程中散射作用就可以忽略。 §7.3.3 MODIS和SeaWiFS的大气校正 式中LRA (λ)是大气层空气分子和气溶胶粒子多次散射的辐亮度，LWC(λ)是海浪破碎生成白冠引起的辐亮度。 如果获得的数据中Lr (λ)的值很大，说明太阳耀斑（sun’s glitter）不可忽略，该数据应舍弃。 MODIS反射率的定义 散射光的辐照度与入射光的辐照度之比 E0(λ) 代表达到大气层顶的太阳辐照度，θs是太阳天顶角，分母代表大气层顶处在当地方向向下的太阳辐照度。在假设大气是光学上各向同性介质的前提下，辐亮度L与的乘积代表辐照度. 标准化处理:获得的各项与入射光的强度无关，只与当时当地的海洋（由内部各种粒子的成分和浓度决定）的光学性质和大气（由漫透射率t决定）的光学性质有关。这样，在不同时间和不同太阳天顶角条件下观测到的数据可以在同一个标准下相互比较。 通常可通过调整传感器的观测角度避免太阳直射反射率ρr，在海面风浪不很大的情况下可忽略海面白冠散射的反射率ρWC，在气溶胶光学厚度不很大的情况下可忽略大气分子与气溶胶之间多次散射的反射率ρRA 如果只考虑气溶胶的单次散射，气溶胶散射的反射率ρA等于 PA（λ,θ, θs）是气溶胶散射的相函数，θs是太阳天顶角，θ是卫星观测角，ωA（λ）单次散射反照率. 式中λi 和λj 代表任意波段的波长。只要知道近红外两个波段的气溶胶反射率，就可以求出气溶胶分布的埃斯特朗指数β。如果知道气溶胶散射在红外波段的反射率ρA（λ=λ0），就可以通过公式计算出气溶胶散射在任何波段的反射率ρA（λ） （NASA）针对MODIS 光谱波段制作了适合各类气溶胶粒子分布模式的查找表，用于反演气溶胶光学厚度。MODIS 气溶胶光学厚度反演产品参数包括气溶胶光学厚度和Angstrom指数。 一类水体的基本大气校正算法 SeaWiFS传感器使用两个近红外波段（以65nm和865nm为中心、带宽±20nm）进行大气校正，MODIS传感器使用两个近红外波段（743～753 nm和862～877 nm）进行大气校正。在这近红外两个波段，一类水体海面的离水反射率ρW（λ0）很小可以忽略 ρR 如果只考虑单次散射，大气层空气分子瑞利散射的反射率ρR可以表示为类似ρA的形式。 ρR依赖于空气分子的单次散射反照率ωR（λ）、空气分子的光学厚度、空气分子瑞利散射的相函数PR（λ,θ, θs）、太阳天顶角θs和卫星观测角θ。 有专门公式提供了大气层空气分子瑞利散射的散射系数、衰减系数和相函数PR（λ,θ, θs）的计算方法。 关于分子瑞利散射的反射率ρR（λ）的计算，目前主要有两种方法，即单次散射近似计算方法和数值求解精确的矢量辐射传输方程ERTE的方法.单次散射近似计算方法比较简单，缺点是误差大。 针对SeaWiFS和MODIS等传感器，可利用查找表实现瑞利散射的精确计算. §7.4 §7.4.1 离水辐亮度§7.4.2 遥感反射