modtranmatlab,⼤⽓辐射传输模型（6S,MODTRAN）
相对辐射校正和绝对辐射校正
基于物理模型的绝对辐射校是利⽤⼀系列参数(例如，卫星过境时的地物反射率，⼤⽓的能见度，太阳天顶⾓和卫星传感器的标定参数等)将遥感图像进⾏校正的⽅法。仪器引起的误差畸变⼀般在数据⽣产过程中由⽣产单位根据传感器参数进⾏了校正。对于⽤户来所，绝对辐射校正的⽅法主要是辐射传输模型法，该⽅法校正精度较⾼，它是利⽤电磁波在⼤⽓中的辐射传输原理建⽴起来的模型对遥感图像进⾏⼤⽓校正的⽅法。由于有不同的不同的假设条件和适⽤的范围，因此产⽣很多可选择的⼤⽓较正模型，例如6S模型、LOWTRAN模型、MODTRAN 模型、ATCOR模型等。
基于统计模型的相对辐射校正，主要包括不变⽬标法、⿊暗像元法与直⽅图匹配法等等。不变⽬标法假定图像上存在具有较稳定反射辐射特性的像元，并且可确定这些像元的地理意义，那么就称这些像元为不变⽬标，这些不变⽬标在不同时相的遥感图像上的反射率将存在⼀种线性关系。当确定了不变⽬标以及它们在不同时相遥感图像中反射率的这种线性关系，就可以对遥感图像进⾏⼤⽓校正。⿊暗像元法的基本原理就是在假定待校正的遥感图像上存在⿊暗像元区域、地表朗伯⾯反射、⼤⽓性质均⼀，忽略⼤⽓多次散射辐照作⽤和邻近像元漫反射作⽤的前提下，反射率很⼩的⿊暗像元由于⼤⽓的影响，⽽使得这些像元的反射率相对增加，可以认为这部分增加的反射率是由于⼤⽓程辐射的影响产⽣的。利⽤⿊暗
像元值计算出程辐射，并代⼊适当的⼤⽓校正模型，获得相应的参数后，通过计算就得到了地物真实的反射率。直⽅图匹配法是指如果确定某个没有受到⼤⽓影响的区域和受到⼤⽓影响的区域的反射率是相同的，并且可以确定出不受影响的区域，就可以利⽤它的直⽅图对受影响地区的直⽅图进⾏匹配处理。此外，还有很多基于统计模型的⽅法，如有⼈提出利⽤⼩波变换的遥感图像相对辐射校正⽅法。该⽅法对源图像⼩波变换域的低频成分实施辐射变换，并保持⾼频成分不变，重构的图像具有保持⾼频信息的特性，因⽽能够较好地保留原图像中由于地物变化引起的辐射差异；也有⼈利⽤主成分分析法把遥感图像中有⽤的信息和⼤⽓影响噪⾳区分开来。
⼤⽓辐射传输模型6S
1986年，法国Université des
Sciences et Technologies de
Lille(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(SIMULATION
OF THE SATELLITE SIGNAL IN THE SOLAR
固态硬盘作用
SPECTRUM)，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，Eric
Vemote对5S进⾏了改进，发展到6S(SECOND SIMULATION OF THE SATELLITE SIGNAL IN好看的房子
THE SOLAR
SPECTRUM),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
(successive order of scattering) 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；女性游戏名字
(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眉清目秀
西游记中的好句⽆⽓溶胶。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
与项羽有关的成语给出了常见卫星Meteosat，Goes，NOAA/AVHRR和HRV，Landsat
TM 和MSS，Modis Polder的每个通道的光谱响应函数，也可选择⾃定义。
(8)地表特性
猪颈肉
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RAPP0(辐射亮度)或-1
“湖泊⽔⾊遥感⼤⽓校正研究”是中科院南京地理与湖泊研究所委托南京⼤学GIS与遥感实验室的项⽬，受到中科院领域前沿项⽬(CXNIGLAS-A02-014)的资助。起⽌年限：2005.6—2007.6。
2.
研究内容
本研究通过卫星遥感影像获取湖泊⽔体的离⽔辐亮度或遥感反射率，即研究如何对湖泊⽔⾊遥感中的卫星影象进⾏⼤⽓校正。具体内容包括：
对现有的⼀般的⼤⽓校正⽅法/模式(如6S、LOWTRAN、MODTRAN等)与海洋⽔⾊遥感的⼤⽓校正⽅法/模式进⾏⽐较，并分析现有现有软件(如ENVI、PCI等)中的⼤⽓校正⽅法；
提出最适合湖泊⽔体的⼤⽓校正⽅法/流程/模式，⽤IDL或MATLAB编程实现。
研究的重点是内陆湖泊⽔体的遥感⼤⽓校正，其⽬的是找到⼀种适合内陆湖泊⽔体遥感⼤⽓校正的⽅法和流程。⽔体的遥感的⽬标是通过遥感⼿段来了解⽔体的物化参数，就⽬前⽽⾔，能从遥感波谱反射特征所获得的参数主要有叶绿素、悬浮物和黄⾊物质等。因此，研究这三种物质的光谱特征是⽔体遥感⼤⽓校正的前提。
理想的遥感模型是没有⼤⽓存在，地⾯为朗伯体，遥感接收到的光谱直接反映地⾯⽬标的状况。但实际情况中，太阳光在下⾏到达地⾯和上⾏到达传感器的过程中，受到⼤⽓的影响⽽衰减，⼤⽓校正就是要研究并消除⼤⽓条件对遥感的影响，在传感器位置恢复地⾯⽬标的光谱特征。
研究区选在太湖，太湖地处长江三⾓洲，⾯积36900平⽅公⾥，为流域第⼀⼤湖，⼜是长江中下游五⼤淡⽔湖之⼀。⽔⾯⾯积为
2338.1km2。
3.
技术路线
⽔⾊遥感是快速获取⼤⾯积⽔体组分参数的重要⼿段。太阳辐射在太阳-⽔体⽬标-传感器的传输过程中，⽓体的吸收、⽓溶胶与分⼦的散射这两种⼤⽓过程影响了获得的⽔体反射率信息。由于⽔体在可
见光和近红外波段的反射率很低，传感器接收到的信号只有5-15%来⾃⽔体。因此，利⽤遥感影像精确反演⽔体信息，⼤⽓校正是⾄关重要的。
⼤⽓校正就是在遥感图像的基础上，消除⼤⽓影响，获得地⾯反射率的过程。许多学者研究⼤⽓对辐射传输的影响，提出了不同的⼤⽓校正模型，主要包括6S，LOWTRAN/MODT-
RAN ，TURNER等。本⽂主要研究前两种模型。
海鲜焖面6S
(Second Simulation of the Satellite Signal in the Solar
Spectrum)⼤⽓校正模型是Eric F. Vermote et
al.(1997)在5S模型的基础上发展起来的。6S模型可以很好地模拟太阳光在太阳－地⾯⽬标－传感器的传输过程中所受到的⼤⽓影响。相对于5S模型，6S模型考虑了地⾯⽬标的海拔⾼度、⾮朗伯平⾯的情况和新的吸收⽓体种类(CH4，N2O，CO)。通过采⽤the
art
approximation近似算法和SOS运算法则，提⾼了瑞利和⽓溶胶散射作⽤的计算精度。光谱步长提⾼到了2.5nm。6S模型建⽴在辐射传输理论基础之上，模型应⽤范围⼴，不受研究区特点及⽬标类型等的影响。
LOWTRAN是⼀种低分辨率(分辨率≥20cm-1)⼤⽓辐射传输模式。在20多年的发展过程中不断扩充和修订基础资料，改进算法，增加可计算的辐射传输结果，从原意义上的“低分辨率⼤⽓透过率计算模式”扩展到⽬前能导出复杂天⽓条件下多种辐射传输量的“低分辨率⼤⽓辐射传输计算模式”，提供了许多新的应⽤可能性，已被国际上许多应⽤专家⼴泛应⽤于各⾃的实际问题。MODTRAN(中光谱分辨率⼤⽓辐射传输模式)较之LOWTRAN不但提⾼了光谱分辨率，⽽且还包括了多次散射辐射传输精确算法——离散纵标法，对有散射⼤⽓的辐射传输如太阳短波辐射，⽐LOWTRAN中的⼆流近似算法有更⾼的精度和更⼤的灵活性。
由于基于辐射传输理论的⼤⽓校正需要相应的⼤⽓参数，⽽在⼀般研究中，这些参数⼀般很难获得，针对不同研究区的的⼤⽓校正⽅法有时是很实⽤的。本研究中也尝试使⽤⿊暗象元法、不变⽬标法、直⽅图匹配法、⼤⽓阻抗植被指数法、主成分分析法等获取⽔体的遥感反射率或直接获取⽔体参数信息，并与基本基于辐射传输理论的⼤⽓校正结果进⾏⽐较
