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太湖水色遥感大气校正方法研究

王海君  
【摘要】: 卫星遥感能快速获取大面积、宏观的水面辐射信息,能克服常规监测中进行离散点采样的不足,实现对区域面状水质的监测,在水质遥感监测中具有巨大的潜力。然而,从遥感传感器接收到的总辐射量中来自水体的信号(离水辐射率)甚微,90%以上来自于大气瑞利散射、气溶胶散射以及太阳反射。因此,准确获取水色要素遥感信息的前提是进行精确的大气校正。如何将水体信息同大气信息分离,是水色遥感得以应用的关键,直接影响水体组分反演等后续分析的精度。 太湖是典型的内陆二类水体,光学特性比清洁海水复杂得多,通常海洋水色卫星遥感的标准大气校正算法会产生较大误差,须发展适合于内陆二类水体的大气校正模型。本文阐述了水色遥感大气校正的基本原理和方法,从Landsat-5 TM和同步MODIS卫星影像数据以及同步气象辅助数据入手,尝试用不同的大气校正方法提取太湖水体的遥感反射率信息,大气校正的效果用准同步实测水体光谱数据进行比较分析。 本文主要研究内容包括: 1、结合同步气象辅助数据,利用6S辐射传输模型法,对太湖水体影像进行大气校正; 2、综合考虑θ、φ、L_p、T_θ、T_φ及E_D的影响,利用黑暗像元法对太湖水体进行大气校正; 3、在Gordon单次散射算法基础上进行改进,重点解决大气瑞利散射、气溶胶散射、臭氧修正、白帽修正以及大气透射率的计算,实现对太湖水体的大气校正。 研究结果表明: 1、将同步气象数据代入6S模型中,相对提高了6S模型的校正精度。但由于缺乏对太湖地区气溶胶组分的了解,所以本文选取了标准大陆型气溶胶类型,没有自定义气溶胶类型,给计算结果带来一定的误差。 2、选取湖泊水体作为“暗像元”,利用黑暗像元法校正后TM各个波段的水体反射率出现过修正。相对于基于“暗像元”反推得到的大气参数,根据气象数据计算得到的值更为准确,可见同步气象数据对于黑暗像元法是个很好的补充。 3、基于Gordon大气校正模型改进的方法计算得到TM各个波段水体遥感反射率与实测值比较吻合。相对于同步MODIS数据计算而言,基于同步气象数据计算的气溶胶散射更为准确,校正结果的相对误差最小,接近国际水色遥感对内陆二类水体反演的误差标准,但尚须不断的完善。


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