CN102073792A - 一种利用modis图像反演海岸带气溶胶光学特性的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及海岸带的气溶胶光学特性反演方法，针对中国沿海地区海洋表面高反射率和强吸收性气溶胶粒子多的特点，提出了利用卫星图像反演该区域气溶胶光学特性的新算法。该算法是以中分辨率成像光谱辐射计(MODIS)的图像为例进行研究，利用MODIS的长波段(1240、1640和2133nm)的图像和查找表完成浑浊水域上空的大气气溶胶光学特性的反演；最后采用清洁日地基观测结果对该算法的正确性和其适用性进行验证。本发明不仅可以为中国海色遥感器设置添加长波段和有透过率的通道提供理论依据，还可以实时反映海岸带上空的气溶胶情况，为相关职能部门提供决策依据。

Description

一种利用MODIS图像反演海岸带气溶胶光学特性的方法 

技术领域

本发明专利涉及海洋上空的气溶胶光学特性研究，尤其涉及海岸带的气溶胶光学特性反演。 

背景技术

目前，国际上常把水体分为一类水体和二类水体，而海岸带大多是二类水体。常用的海岸带气溶胶反演算法是暗目标法和邻近像元迭代法，但是暗目标法只适用于气溶胶为无或弱吸收性且地表为干净水体的区域，邻近像元迭代法只适用于地表为小范围混浊水的区域。基于卫星图像反演一类水区域上空气溶胶特性的方法有很多，但由于二类水体光学特性的复杂性，很难得到通用的二类水体气溶胶反演算法。因此，如何得到精确的二类水体气溶胶反演方法成为现有技术所要解决的问题。 

发明内容

为得到精确的二类水体气溶胶反演方法，本专利针对中国沿海地区高反射率和强吸收性气溶胶多的特点，提出了利用卫星图像反演该地区气溶胶光学特性的新算法。 

本发明专利的技术方案是：一种利用MODIS图像反演海岸带气溶胶光学特性的方法，包括气溶胶模式的统计、查找表的建立、MODIS图像的选取与预处理、气溶胶反演方法的建立等。其特征是根据一类水和二类水在MODIS 5、6和7三个波段的表观反射率几乎是相同的，即在MODIS 5、6和7波段，一类水和二类水的光谱特性几乎一样，均符合暗目标的条件，定义两个新函数反演气溶胶的光学特性，并采用MODIS 5、6和7波段建立气溶胶光学特性的反演算法。 

本发明专利的有益效果是：该算法采用MODIS 5、6和7波段反演气溶胶光学特性，具有较高的精度。可以为海色遥感器设置大于1000nm的通道提供依据，还可以精确的反演气溶胶光学特性，为我国卫星遥感气溶胶光学特性和浑浊水域的水色，提供模型和关键技术研究服务；其建立的算法具有重要的现实意义和应用价值。 

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步阐述； 

图1为透过率与波长的关系和MODIS波段5、6和7的光谱响应函数； 

图2为MODIS图和区域1和2内的大气顶的表观反射率和波长的关系； 

图3为技术路线图 

具体实施方式

根据图1、图2可知，MODIS近红外波段的较长波长(如1240nm、1640nm和2130nm)有如下特征：(1)有较高的大气透过率；(2)浑浊水体在这些波段符合暗目标的条件；(3)对气溶胶的光学特性还是较为敏感的。此外，它们还可以用较为简单的方法识别出云、海洋和陆地像元的特性。 

根据图3，该算法首先利用气溶胶观测站对我国海岸带气溶胶粒子的长期观测数据统计出的气溶胶粒子模式，MODIS的长波段(1240、1640和2133nm)具有把陆地、海洋和云区分开来和在浑浊水体与I类水体处的反射率相同的特性；再应用线性分层离散坐标法对这些气 溶胶模式计算出不同气溶胶光学厚度和不同几何条件下的表观反射率组成的查找表；在建立查找表时，需定义两个 

新函数来反演气溶胶光学厚度和模式， 

${\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{ms}}({\mathrm{\λ}}_1,{\mathrm{\λ}}_2)=\frac{{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{atm}}\left({\mathrm{\λ}}_1\right)-{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{ray}}\left({\mathrm{\λ}}_1\right)}{{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{atm}}\left({\mathrm{\λ}}_2\right)-{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{ray}}\left({\mathrm{\λ}}_2\right)}---\left(1\right)$

γ_diff(λ₁，λ₂)＝γ(λ₁)-γ(λ₂)      (2) 

其中 

ρ_atm(λ)和ρ_ray(λ)分别是波长为λ时的大气总的表观反射率和大气分子的瑞利表观反射率(不含气溶胶或气溶胶光学厚度为零)。函数ε_ms(λ₁，λ₂)用来判断气溶胶模式，而函数γ_diff(λ₁，λ₂)用来反演气溶胶光学厚度。 

然后利用MODIS长波段的图像和查找表完成浑浊水域上空的大气气溶胶光学特性的反演；最后采用清洁日地基观测结果对该算法的正确性和其适用性进行验证得到反演算法。 

Claims (5)

1.一种利用MODIS图像反演海岸带气溶胶光学特性的方法，其内容主要包括气溶胶模式的统计、查找表的建立、MODIS图像的选取与预处理、气溶胶反演方法的建立等。其特征是根据一类水和二类水在MODIS 5、6和7三个波段的表观反射率几乎是相同的，即在MODIS 5、6和7波段，一类水和二类水的光谱特性几乎一样，均符合暗目标的条件，定义两个新函数反演气溶胶的光学特性，并采用MODIS 5、6和7波段建立气溶胶光学特性的反演算法。

2.根据权利要求1所述的MODIS波段的选取，其特征是选取MODIS5、6、7波段进行算法的建立，这些波段具有以下特点：(1)有较高的大气透过率；(2)浑浊水体在这些波段符合暗目标的条件；(3)对气溶胶的光学特性还是较为敏感的。

3.根据权利要求1所述的气溶胶模式的统计，其特征是利用函数ε_ms(λ₁，λ₂)来判断气溶胶模式，其中ρ_atm(λ)和ρ_ray(λ)分别是波长为λ时的大气总的表观反射率和大气分子的瑞利表观反射率(不含气溶胶或气溶胶光学厚度为零)。

。

4.根据权利要求1所述的气溶胶光学厚度的计算，其特征是利用函数γ_diff(λ₁，λ₂)是用来反演气溶胶光学厚度，其中

γ_diff(λ₁，λ₂)＝γ(λ₁)-γ(λ₂)。

5.根据权利要求1所述的查找表的建立，其特征是利用MODIS海岸带水域地区的图像，选用第五通道和第六通道分别为λ₁和λ₂，即1240nm，1640nm。用双层辐射传输代码计算其辐射亮度，并求得两个函数和气溶胶光学厚度的关系，建立查找表。计算过程选择的气溶胶模式是MODTRAN辐射传输软件中常用的四个与海洋有关的气溶胶模式——海洋模式、对流层模式、沿海模式和海上型气溶胶模式，其相对湿度选四个，即50％、70％、90％和99％，相当于有16个气溶胶模式；大气模式选择美国标准模式。 

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