利用MODIS的L1B数据反演气溶胶的流程如下：
该方案中的数据和算法介绍：
1、MODIS数据是采用的MODIS L1B 1KM数据。应严格按照说明进行操作，例如数据是1km的，数据的合成是反射率在上，发射率在下等，下面将详细介绍各个步骤。
2、这是在ENVI 5.0下做的北京市气溶胶反演，具体包括MODIS影像（HDF）的辐射校正、几何校正、云检测、气溶胶反演。
3、气溶胶反演算法采用经典的暗像元法（DDV）也叫浓密植被法，因此对于冬季反演的气溶胶效果不好。
4、气溶胶反演的查找表是利用IDL调用6S辐射模型得到的，采用的是一般的参数，因此3-9月期间都可以用这一个查找表进行气溶胶反演，也可以自己制定查找表。
5、七纬查找表，从左向右，依次为太阳天顶角，卫星天顶角，相对方位角，P0、T、 S （辐射传输方程参数），最后一列为气溶胶光学厚度（AOD）
6.感兴趣的可以提供用到的modis云检测工具和气溶胶反演工具以及详细的pdf文档。
MODIS数据下载地址：https://www.doczj.com/doc/938410567.html,/data/search.html
一、MODIS影像的辐射校正
在ENVI 5.0中打开MODIS影像的HDF文件就已经做了辐射校正，打开HDF文件的方法是File->Open As->EOS->MODIS,打开后在数据列表中可以看到三个文件，第一个是发射率Emissive（band20-band36），第二个是辐射率Radiance（band1-band26）,第三个是反射率Reflectance（band1-band26），如图1所示。
图1 ENVI5.0打开HDF文件
二、几何校正
2.1发射率文件的几何校正
（1）Georeference MODIS工具
ENVI5.0下有对特定传感器进行几何校正的工具，其中就有专门针对MODIS数据的几何校正，如图2 Georeference MODIS工具的位置。
图2 Georeference MODIS工具的位置
（2）选择发射率文件
双击Georeference MODIS工具，打开输入MODIS数据对话框，选中发射率文件，点击OK，如图3所示。
图3 输入发射率文件
（3）Georeference MODIS 参数设置
Georeference MODIS Parameters对话框中，选择投影信息见图4，其中要注意保持GCP 控制点以及对MODIS影像做双眼皮去除，然后点击OK。
图4 MODIS几何校正参数设置
（4）发射率几何校正参数设置
Registration Parameters对话框中，注意分辨率是1000（默认）选择保持路径点击OK 即可。
图5 保存几何校正文件
（5）几何校正方法
建立GCP控制点图6，最后开始进行几何校正和双眼皮去除注意几何校正方法为Triangulation见图7。
图6 建立GCP控制点
图7 进行几何校正
（6）发射率几何校正结果
图8 发射率几何校正结果
2.2反射率文件的几何校正
（1）Wrap from GCPs：Image to Map Registration工具
发射率文件几何校正之后，可以利用导出的GCP控制点来校正其他文件。在工具箱中找到Wrap from GCPs：Image to Map Registration工具，如图9所示该工具的位置。
图9 Wrap from GCPs：Image to Map Registration工具（2）选择GCP控制点文件
双击Wrap from GCPs：Image to Map Registration工具后打开选择GCP控制点对话框，选择之前保持的GCP控制点文件，如图10。
图10 选择GCP控制点文件（3）Image to Map投影设置
接着打开Image to Map Registration 对话框，调整参数如图，注意更改分辨率为1000，
然后点击OK，如图11。
图11 参数调整
（4）选择待校正影像，调整几何校正方法
选择待校正的反射率文件图12。打开Registration Parameters对话框参数设置如图，注意更改几何校正方法为Triangulation和重采样方法Bilinear，这样才能与之前的发射率校正结果相匹配，如图13。
图12 选择反射率文件
图13 调整几何校正参数
（5）反射率几何校正进度和结果
然后进行几何校正如图14，反射率几何校正结果如图15.
图14 进行几何校正
图15 反射率几何校正结果（6）反射率校正结果与发射率校正结果对比
ENVI 5.0中提供了更多的图像间的对比查看，可以点击Views菜单选择创建多个视图，然后进行link查看，也可以将两个图像添加进一个视图利用影像查看功能查看，改功能包
括四个，一般在工具条上
。下面我们就以Portal来查看几何校正效果。
将反射率和发射率的第一波段添加进内容列表，然后点击工具条上的Portal按钮即可建立一个新图层。效果图如图16，从图上可以看出两个图像几何校正之后完全重合。说明该方法可行。
图16 Portal两个几何校正图像
2.3角度数据集的几何校正
该教程数据采用的是MODIS L1B 1KM数据，其中包括了角度信息，但是角度数据集的行列号与科学数据集的行列号不同，因此如果想用校正发射率的GCP控制点来校正角度数据集必须在校正角度数据集之前进行重采样到行列号为1354 ,2030。
（1）打开角度数据集
角度数据集的打开不能和科学数据集一样直接打开，打开路径为File -> Open As ->Generic Formats -> HDF,点击后选择HDF文件，接着弹出HDF数据集选择对话框。选择四个角度数据集，这四个角度数据集分别为：卫星天顶角，卫星方位角，太阳天顶角，太阳方位角，如图17。
图17 选择角度数据集
（2）查看角度数据集
选择之后可以再Data Manager窗口中看到打开的数据集图18,如果打开的角度数据集显示的是科学数据集，这是由于ENVI 5.0下建立金字塔之后产生.ecp文件，删除和HDF同名的.ecp文件即可。可以右击查看元数据中的auxiliary URL。
图18 打开的角度数据集
（3）重采样工具
从图18中可以看到，角度数据集的行列数是271*406的，而发射率的行列数是
1354*2030的，因此要用之前的GCP文件来校正角度数据集必须重采样。重采样工具Resize Data的位置如图19所示。
图19 Resize Data工具
（4）选择重采样的角度数据
双击Resize Data工具，打开输入重采样数据的对话框，选择其中一个角度数据，点击OK，如图20所示。
图20 选择重采样角度数据
（5）重采样参数设置
在重采样参数设置窗口中，设置X Y的采样比例：X=4.9963 Y=5 点击Enter，即可采样到1354*2030，选择重采样方法为Blinear，将采样结果暂时保存到内存即可，如图21所
示。依次将四个角度数据进行重采样之后就可以进行几何校正了。
图21 重采样参数设
（6）角度数据集几何校正
角度数据的几何校正和发射率的几何校正是一样的，根据校正发射率产生的GCP控制点，利用Wrap from GCPs：Image to Map Registration工具进行校正。
三、波段合成和裁剪
波段合成工具的位置如图22.
图22 Layer Satacking工具3.1反射率和发射率的合成
（1）Layer Satacking工具
在ENVI5.0下打开之前校正好的反射率文件和发射率文件，利用Layer Stacking工具进行合成，双击Layer Satacking工具，打开参数设置窗口。如图23所示。
图23 合成窗口参数设置
（2）空间裁剪
点击Import File…选择几何校正后的反射率文件和发射率文件，然后利用北京市的行政范围来裁剪，如图24所示。
图24 选择反射率和发射率文件并选择裁剪文件
（3）调整合成文件的顺序
点击Recorder File调整顺序，必须是反射率在上，发射率在下，如图25.
图25 调整文件顺序
（4）合成
点击OK进行合成，合成进度见图26。
图26 合成进度
3.2角度数据的合成
角度数据的合成和反射率发射率的合成是一样的，只是要注意角度数据的合成时的顺序是卫星天顶角（Sensor Zenith）、卫星方位角（Sensor Azimuth）、太阳天顶角（Solar Zenith）、太阳方位角（Solar Zenith），顺序如图27所示，合成结果如图28所示。
一、PM2.5遥感反演基本原理 卫星遥感反演大气气溶胶是基于卫星传感器探测到的大气上界的表观反射率，也是卫星传感器接收到的辐射值L 。 ))(1/(),(),(),,,(''0ρτρμτμτμμτa s a s a d v s a S T F L L -?+Φ= 0L 为整层大气反射的太阳辐射，主要来自于大气中分子和气溶胶的散射贡献； ) ,(s a d F μτ为太阳下行总辐射；),(s a T μτ为传感器和目标物之间的透过率；'ρ为地表反射率； )(a S τ为大气半球反照率。 由上式可看出卫星观测到的反射率既是AOD 的函数，又是下垫面反射率的函数，如果知道下垫面反射率，并根据不同地区的气溶胶特征确定大气气溶胶的模型就可以得到AOD 。 因此利用AOD 与地面监测指标之间的数学关系，进而建立相应的数学统计模型，这就是基于卫星遥感反演AOD 进而通过统计模型预测PM2.5的基本原理和思路。 二、遥感数据源 目前能用于反演PM2.5的遥感传感器主要有云－气溶胶光达和红外探险者卫星观测器CALIPSO 、中分辨率成像光谱仪MODIS 、多角度成像光谱仪MISR 、多角度多通道偏振探测器 POLDER 、大气臭氧总量绘图仪TOMS 和TOMS 的后继者臭氧监测仪OMI 。 目前应用最多的传感器主要是MODIS 和MISR 。 三、PM2.5时空分布计算方法 利用遥感反演的AOD 结合影响PM2.5的其他因素，采用统计方法间接计算PM2.5时空分布是当前主要的方法。 其计算方法大体可以分为简单线性模型、多元线性回归模型、人工智能模型和广义加法模型4种。 简单线性模型是利用近地面监测站的PM2.5浓度与AOD 之间的简单二元关系建立的，是较早用于PM2.5反演的模型构建方法。 多元线性回归模型除了考虑AOD 外，还将与PM2.5有相关性的湿度、温度、风速、气溶胶类型、大气边界层高度等因素作为自变量，因此多自变量进行PM2.5多元线性回归，其精度得到显著的提高。 由于PM2.5浓度的时空分布受到气象场、排放源、复杂下垫面、理化生过程的耦合等多种因素的影响，具有较强的非线性特性。有学者采用神经网络模型、支持向量机模型、贝叶斯网络算法、基因算法等人工智能算法进行PM2.5时空分布计算，取得较好的应用效果。 广义相加模型GAM 是线性模型非参数化的扩展将一些与因变量间存在的复杂非线性关系的自变量以不同函数加和的形式拟合入模型可以探索到变量间非单调非线性关系从中找
利用MODIS的L1B数据反演气溶胶的流程如下： 该方案中的数据和算法介绍： 1、MODIS数据是采用的MODIS L1B 1KM数据。应严格按照说明进行操作，例如数据是1km的，数据的合成是反射率在上，发射率在下等，下面将详细介绍各个步骤。 2、这是在ENVI 5.0下做的北京市气溶胶反演，具体包括MODIS影像（HDF）的辐射校正、几何校正、云检测、气溶胶反演。 3、气溶胶反演算法采用经典的暗像元法（DDV）也叫浓密植被法，因此对于冬季反演的气溶胶效果不好。 4、气溶胶反演的查找表是利用IDL调用6S辐射模型得到的，采用的是一般的参数，因此3-9月期间都可以用这一个查找表进行气溶胶反演，也可以自己制定查找表。 5、七纬查找表，从左向右，依次为太阳天顶角，卫星天顶角，相对方位角，P0、T、 S （辐射传输方程参数），最后一列为气溶胶光学厚度（AOD） 6.感兴趣的可以提供用到的modis云检测工具和气溶胶反演工具以及详细的pdf文档。 MODIS数据下载地址：https://www.doczj.com/doc/938410567.html,/data/search.html
一、MODIS影像的辐射校正 在ENVI 5.0中打开MODIS影像的HDF文件就已经做了辐射校正，打开HDF文件的方法是File->Open As->EOS->MODIS,打开后在数据列表中可以看到三个文件，第一个是发射率Emissive（band20-band36），第二个是辐射率Radiance（band1-band26）,第三个是反射率Reflectance（band1-band26），如图1所示。 图1 ENVI5.0打开HDF文件 二、几何校正 2.1发射率文件的几何校正 （1）Georeference MODIS工具 ENVI5.0下有对特定传感器进行几何校正的工具，其中就有专门针对MODIS数据的几何校正，如图2 Georeference MODIS工具的位置。
说明：此文件为报名时必须要提交的文件，作为报名的一个重要组成部分不可缺少，如参赛小组不提交该文档，则报名无效 Esri 2012 中国大学生GIS软件开发竞赛 项目计划书 （D-ENVI/IDL开发组适用） 参赛作品名称北京市气溶胶（PM10、PM2.5）反演与预警系统 团队成员姓名 学校/院系聊城大学环境与规划学院 队长及联系电话 快递地址 邮编252059 队长电子邮箱 （说明：2012年4月30日集中报名截至后，选手仍然可以报名参赛，但组委会将不再提供参赛软件。） 竞赛官方讨论站点：https://www.doczj.com/doc/938410567.html, 参赛须知： 所有参赛作品必须是原创作品，并且参赛者均须保证其提交的作品是由其本人或所属参赛团队原创并拥有、以前从未被发表或发布或许可给第三方发表或发布、以及不损害任何第三方的名誉权、隐私权等任何权利。参赛作品的原创版权归参赛团队所有，竞赛组委会仅拥有对获奖作品进行展示及推广的权利。如果提交作品，则意味着接受并遵守参赛要求和参赛规则。
项目计划书提交时间: 即日起至2012年4月30日截止。 项目计划书提交流程: （1）在报名系统选择报名小组，并依次填加小组成员及指导老师； （2）下载该项目计划书，完整填写后，在报名小组信息中相应位置进行上载（请注意项目计划书文件的大小，尽量不要超过1.5m）； （3）组委会在收到该文件后，会给予审核，审核通过后，系统自动赋予参赛编号。 项目计划书应包括如下内容（请以此为模板填写）： 一、项目概述 1. 引言 近二十多年来，随着我国工业化和城市化进程加快，各种大气污染物高强度、集中性的排放，大大超过了环境承载力， 导致空气质量严重下降。大气污染不仅影响城市景观，还会严重危害公众健康，已成为影响我国城市和区域可持续发展的重 要因素。 气溶胶即悬浮在气体中的固体颗粒物和液体微粒与气体载体共同组成的多相体系，其动力学直径大约在0.001um—100um 之间，直径<10um的可吸入颗粒物(PM10)和直径小于2．5um的可入肺颗粒物(PM2.5)对人体健康有巨大危害。气溶胶颗粒的增 加是近年来城市及郊区频现“灰霾”天气的一个重要原因。而且，气溶胶（PM10、PM2.5）的污染会严重影响人的身体健康， 据统计由于气溶胶的污染，北京市人口寿命平均减少五年左右。 2. 项目背景/选题动机/目的 目前国内对气溶胶的监测依靠环保部门地面采集、监测网络等方式获得数据，这种方式费时、费力、昂贵，对于发展中 国家更是如此。同时气溶胶的时空特征存在巨大差异，而地基测站很少，所以地基观测方式难以实现大范围监测。 相比于传统的监测手段，卫星遥感技术具有宏观性强，能快速获取地表的空间变化和时间动态变化信息等特点，在环境 质量现状和应急监测方面具有明显的优势，卫星观测反演气溶胶的方法已成为越来越重要的气溶胶监测手段。 二、需求分析 1. 概要 【指出项目的需求，该系统主要解决的实际问题】 由于地面监测的局限性，辅以遥感动态监测气溶胶成为不二之选，本系统基于高时间分辨率的MODIS 影像和高空间分辨率的环境减灾卫星影像、TM影像反演北京市气溶胶时空分布，在反演气溶胶的基础上分析气溶胶与PM10和PM2.5的关系，从而得到PM10和PM2.5的时空分布图。结合植被覆盖度、地表温度、相对湿度、地形（DEM）以及气象等多种影响因子来综合分析与气溶胶和PM10、PM2.5的关系。最后利用数据挖掘CART算法以多种影响因子为自变量实现气溶胶的预警。从而帮助受污染城市对气溶胶（PM10、PM2.5）进行预防和治理，给城市人民一个清爽的空气，一个健康的身体。 2. 应用领域/实用性分析 【指出项目的应用领域及实用性】 本系统是对城市气溶胶进行动态监测与预警，可以用来监测城市大气状况，尤其是对人身体健康影响很大的PM10、PM2.5。以此来帮助城市人民预防和治理大气污染，还城市人民一个清新的家园。 三、系统功能概述 【针对需求，对系统的设计概念和功能进行描述】 本系统是C/S和B/S相结合的，在C/S端系统主要分为三大功能模块：1.基于多种影像的气溶胶反演 2.分析影响气溶胶产生以及分布的因子 3.利用CART算法对气溶胶进行预警；在B/S端主要是发布气溶胶 现状分布图、和各种因子之间的分析结果以及预测的气溶胶时空分布图供不同用户（林业局、交通局、国土资源局、城市普通人民）浏览与分析。图1是基于StarUML软件制作的用例图（Use Case Diagram）。
陆地气溶胶光学厚度遥感监测原理与方法 大气气溶胶是由大气介质和混合于其中的固体或液体颗粒物共同组成的多相体系。粒子的直径多在10-3～102μm之间。气溶胶光学厚度指无云大气铅直气柱中气溶胶散射造成的消光程度，是大气遥感的重要指标，也是衡量大气污染的重要指标。 利用卫星遥感进行气溶胶监测主要有暗目标法（Kaufman et al,1988）、结构函数法(Tanré et al.,1988)、多角度偏振法(Herman et al,1997)等。目前环境一号卫星CCD相机和超光谱相机的波段设置条件下，暗目标法可得到较好的应用，同时环境一号卫星CCD相机的高空间分辨率，为结构函数法的应用提供了可能。由于环境一号卫星各相机的工作方式的（非偏振）限制，目前尚无法应用多角度偏振方法，环境一号后续星将加入偏振传感器。 1.暗目标法 在可见近红外波段，传感器接收到的信号，既是气溶胶光学厚度的函数，又是下垫面地表反射率的函数。当地表反射率很小时，卫星观测的辐射值主要是大气的贡献，能够提取大气气溶胶信息，暗目标法就是利用浓密植被地区红蓝波段的辐射值和气溶胶光学厚度的这种关系反演气溶胶光学厚度。 2.结构函数法 对于高反射率地区，地表反射率较大，传感器测量的辐射值主要是地表的贡献项，对气溶胶的变化不再敏感，这时使用基于地表反射率的方法反演气溶胶光学厚度非常困难。 结构函数法是早期研究陆地污染气溶胶采用的卫星遥感算法。该算法假设同一个地区一段时间内地表反射率是不变的，利用“清洁日”大气作为参考，反演“污染日”大气的气溶胶光学厚度。利用结构函数法可以反演城市地区的气溶胶分布状况。 3.多角度偏振方法 大气中的气溶胶和大气分子与入射太阳辐射相互作用，除了可以散射和吸收入射辐射，还可以使入射辐射发生偏振，卫星通过测量后向散射的偏振特性，可以得到气溶胶信息。利用偏振信息进行气溶胶反演，具有受地表影响小、能够反演气溶胶物理性质的优势。
基于RS\GIS监测洪灾变化上机操作实例 基本原理： ①大气校正 遥感图像在获取过程中，受到大气吸收与散射、传感器定标、地形等因素的影响，且会随时间的不同而有所差异。利用多时相遥感图像的光谱信息检测地物变化的重要前提是要消除不变地物的辐射值差异。 大气校正的目的是消除大气和光照等因素对地物反射的影响，大多数情况下，大气校正是反演地物真实反射率的过程。 目前可以进行大气校正的模块有很多种，如最早的MODTRAN 4+，6S (Second Simulation of the Satellite Signal in the Solar Spectrum)，ACORN，ATREM，在ERDAS IMAGINE 8.7上的模块ATCOR，以及ENVI上的模块FLAASH（基于MODTRAN）。 FLAASH可对LANDSAT，SPOT，A VHRR，ASTER，MODIS，MERIS，AATSR，IRS等多光谱、高光谱数据、航空影像及自定义格式的高光谱影像进行快速大气校正分析。下面的大气纠正步骤，都是基于FLAASH进行的。 ②辐射定标 当我们拿到一幅原始影像，先要进行辐射定标，目的是把图像上的DN（Digital Number）值转为辐亮度或者是反射率。辐射定标的结果可以是表观辐亮度（L），也可以是表观反射率（ρ）。 计算表观辐亮度（L）的公式为： Radiance=（（Lmax-Lmin）/（Qcalmax-Qcalmin）*（Qcal-Qcalmin）+Lmin ① 其中：Radiance 是表观辐亮度，注意单位是W/m2·sr·μm；Qcal为像元DN 值（也就是影像数据本身）；Qcalmax为传感器处最大辐亮度值所对应的DN值，一般为255；Qcalmin 为传感器处最大辐亮度值所对应的DN值，一般为0；Lmax 和Lmin是从参数表中查询，Lmin为光谱辐亮度的最小值，单位同L；Lmax为光谱辐亮度的最大值，单位同L。 计算表观反射率（ρ）的公式为： ρ =π*L*d2/（ESUN*cos（θ））② 其中：ρ为表观反射率；L为①式中计算出来的表观辐亮度；d为日地距离；ESUN为大气层外的太阳辐射，也可以说是传感器接收处的太阳辐射；θ为太阳天顶角（这个可以通过影像的元数据获取）。以上参数可以查询下表获得。
气溶胶光学厚度的高光谱遥感反演及其环境效应 【摘要】：气溶胶是研究全球气候变化和大气污染的重要参数，也是进行定量遥感必须获得的参数。本文针对人口密集、工业化程度高的城市区域范围，探索高光谱数据遥感反演气溶胶光学厚度的方法，应用中科院上海技术物理研究所自行研制的模块化成像光谱仪(OMIS)，结合MODIS卫星资料和地面太阳光度计监测，试图形成“星载—机载—地面”三个高度立体遥测，实现城市气溶胶光学厚度的反演，并进一步研究其环境效应。具体工作及结果如下：1)比较分析各种气溶胶光学厚度遥感反演方法的适用性和局限性，并介绍了太阳光度计地基遥测原理。2)分别介绍了MODIS、OMIS和地基高光谱数据的特点及数据预处理过程、分析典型地物的光谱特征。3)采用高反差地表法，对2002年10月7日的机载OMIS高光谱数据，进行了气溶胶光学厚度反演的尝试性试验，给出了初步的反演结果，在502-590nm波段处的气溶胶光学厚度值在0.175-0.314之间。反演结果符合当天的空气质量状况，与能见度进行比较，以证明反演结果的正确性，说明利用高光谱、高空间分辨率的机载遥感数据可以反演城市气溶胶光学厚度。4)进行大气辐射传输模型的模拟与分析，利用MODIS红、蓝通道数据分析地表反射率、气溶胶类型、气溶胶组份、水汽、臭氧等因素对气溶胶反演的影响；建立了表观反射率—地表反射率—气溶胶光学厚度之间的查算表，结合城市地表特点，探索基于MODIS数据的双目标对比法进行气溶胶光学厚度的反演。5)利用地
面站点能见度和卫星遥感的气溶胶光学厚度资料，建立了一个二者之间季节平均的简单关系，得到上海地区各季的气溶胶标高在春季、夏季、秋季和冬季分别为：1251m，1957m，791.7m和776.4m；并利用标高数据和气溶胶光学厚度的季节分布，反演上海地区区域能见度的季节平均分布，证实上海城区在冬春季平均能见度较差，市区中心能见度在10km以下；低能见度中心分布明显，且主要分布在杨浦、桃浦、吴淞等工业区范围。6)利用MODIS气溶胶产品及太阳光度计实测数据，分析上海及周边地区气溶胶光学厚度的时空变化特征；将MODIS气溶胶产品与地面污染资料、气象资料进行比较分析，发现AOD与PM_(10)的相关性最好，出现AOD大值的日子里相对湿度大，风速较低，能见度低，大气相对比较稳定，不利于污染物的稀释扩散。 7)通过因子分析，选取公因子F1(污染因子)、F2(温度气压因子)、F3(湿度和辐射因子)、F4(风速因子)、F5(气溶胶光学厚度)作为评价大气污染程度的主要影响因子，以MODIS遥感的气溶胶产品作为衡量大气浑浊度和气溶胶污染等级划分的指标，将气溶胶污染划分为：弱、较弱、中等、较强、强五级。【关键词】：气溶胶光学厚度(AOD)模块化成像光谱仪(OMIS)中分辨率成像光谱仪(MODIS)太阳光度计 【学位授予单位】：华东师范大学 【学位级别】：博士 【学位授予年份】：2006
气溶胶反演方法 利用环境小卫星多光谱数据反演： 方法一： 1. 利用SPSS计算出大气光学厚度与大气参数（ρ （大气的路径辐射项等效反 射率）、S（大气下界的半球反射率）、T(μ s )T(μ v )(大气上行下行透过率)）的对 应关系，据此建立查找表，然后利用多波段数据进行地气解耦，得到大气光学厚度。 2. 构建查询表利用6S模型构建气溶胶光学厚度查询表，输入参数为：太阳天顶角，气溶胶模式，550nm波长处气溶胶光学厚度的等级，查找表计算的波段（第一和第三波段），海拔高度。 3. 数据预处理（1）重采样，为了加快运算速度和提高信噪比；（2）辐射定标，将图像的DN值转化为表观反射率。 4. 结果反演根据获得的表观反射率计算出NDVI（用于识别暗目标），利用获得的太阳高度角对查找表进行插值，得到要计算波段的不同大气光学厚度下的大 气参数：ρ 0、S、T(μ s )T(μ v )。 5. 图像平滑与成图输出在获得大气光学厚度后，对结果图像进行平滑处理，达到内插部分非暗目标点的监测值并抑制异常点的目的，采用9×9像元的距离加权平均的滤波方法进行；将结果导入ArcMap中，进行叠加矢量图，分等定级以及添加图名图例等操作，制成专题图。 方法二： 1.对要反演气溶胶光学厚度的卫星图像惊醒地理和辐射率校正 2.然后用MODTRAN模型模拟生成τ（气溶胶光学厚度）和ρ（地表反射率）的 查找表 3.接着判断卫星观测到的地表像元反射率L obs 与MODTRAN模拟的大气总辐射 L total 是否相等。 4.如果不等，就改变ρ，再用MODTRAN重新计算L total ，再判断是否相等。 5.如果相等，则根据ρ和τ的关系曲线，由反演出的地表反射率ρ map ，计算到 气溶胶光学厚度分布τ map 。 利用环境小卫星高光谱数据反演： 方法： 1.选择用于反演的波段 2.假设利用某种气溶胶模式条件下，计算红波段和近红外波段表观反射率，不 考虑临近效应影响。大气散射在可见—近红外波段影响是比较大的，在可见波段影响最大，其次是近红外波段，在中波红外接近于零，因此，在利用近红外波段反演气溶胶光学特性之前，可以在清洁大气的假设下利用6S或者MODTRAN辐射传输模型进行大气校正。 3.利用NDVI识别出浓密植被作为暗像元。 4.根据红波段反射率与近红外波段反射率的对应关系，确定红波段的地表反射 率。
Retrieval, Validation of High Resolution MODIS Aerosol Optical Depths Wei Chen, Lei Yan, Hongzhao Tang Institute of Remote Sensing and GIS Peking University Beijing, China wchen@https://www.doczj.com/doc/938410567.html, Chengcai Li School of Physics Peking University Beijing, China ccli@https://www.doczj.com/doc/938410567.html, Abstract—Atmospheric correction plays an important role in quantitative application of remote sensing images. And aerosol particles are the most uncertain factor in atmospheric correction. NASA has been distributing 10km resolution Aerosol Optical Depths (AOD) product for most area of globe since 2000 after the launching of MODIS. And this AOD product has been applied to image atmospheric corrections. However, aerosol varies tremendously and 10km resolution AOD product may not be adequate in atmospheric correction of local scale. For correcting images more accurately, we retrieve 1km resolution AOD product with MODIS operational algorithm. The result demonstrates that the two product prove to be similar in large scale but 1km resolution AOD product could be able to illustrate the dramatic variations of local scale while 10km resolution AOD product could not. Keywords-MODIS;AOD;Retrieve;Atmospheric Correction MODIS高分辨率气溶胶光学厚度反演及验证 陈伟1，晏磊1，李成才2，唐洪钊1 1.北京大学遥感与地理信息系统研究所，北京，中国，100871 2.北京大学物理学院，北京，中国，100871 1.wchen@https://www.doczj.com/doc/938410567.html,, 2. ccli@https://www.doczj.com/doc/938410567.html, 【摘要】遥感影像的大气效应校正是影响其定量化应用的重要环节。大气中的气溶胶颗粒是大气校正中最不确定因子。目前NASA已经利用MODIS发布全球绝大部分地区10km分辨率的AOD（Aerosol Optical Depths）产品，并已经广泛应用在遥感图像的大气校正中。但是气溶胶在空间变化较大，10km分辨率的AOD产品在进行小尺度地区大气校正上尚有一定的缺陷。为了更好更精确地进行大气校正，本文利用MODIS气溶胶业务化算法反演了1km分辨率的AOD产品。结果显示，两者在宏观上趋势相同，但1km分辨率的AOD产品更能表达局部的气溶胶的剧烈变化。 【关键词】MODIS；AOD；反演；大气校正 1 引言 大气气溶胶通过指悬浮于大气中的微小粒子，粒径范围可以从0.001到100μm。大气气溶胶对地球表面辐射收支平衡有着重要影响[1]。目前卫星遥感使得全球大气气溶胶监测成为可能[2]。目前NASA每天提供全球绝大部分地区的10Km分辨率的AOD产品。但10km分辨率AOD 产品更适合于较低分辨率且较均一的地表进行大气校正，而对于更高分辨率遥感影像的校正则需要更高分辨率的AOD产品。 本文采用Kaufman等人提出的暗目标法[5]，利用MODIS影像反演出地表1km分辨率AOD产品。并将反演所得1km分辨率AOD产品与NASA发布10km分辨率AOD产品结合地面实测CE318实测数据进行对比分析，结果发现两者与地面实测数据吻合度均较高。进一步分析 2010 International Conference on Remote Sensing (ICRS) 978-1-4244-8729-5/10/$26.00 ?2010 IEEE ICRS2010
气溶胶光学特性的反演方法研究 韩 冰,高 飞,李铜基 (国家海洋技术中心,天津 300111) 摘 要:气溶胶是大气重要组成部分,其对地球的辐射收支平衡以及气候变化均有非常重要的贡献。文中根据非线性辐射传输理论,研究了从自动观测太阳光度计(CE318)多角度的天空扫描数据获取气溶胶粒子谱分布、散射相函数等光学特性的反演方法,并对2000年10月27日、30日南海试验的观测数据进行了分析,取得了较好效果。关键词:气溶胶;粒子谱分布;散射相函数;辐射传输 中图分类号:T P722.4 文献标识码:B 文章编号:1003-2029(2006)03-0055-06 1 引言 气溶胶的严格含意是指悬浮在气体中的固体和(或)液体微粒与气体载体共同组成的多相体系[1]。相应地,大气气溶胶是指大气与悬浮在其中的固体和液体微粒共同组成的多相体系。大气气溶胶粒子的直径多在10-3～102L m之间,包括可溶性的(如海盐粒子)和不可溶性的(如化石燃料的氧化物)粒子。依其形成机制则可分为自然因子与人为因子,前者主要是经由地表的自然风化过程和海洋表面的碎浪过程而进入大气,后者则是来自人类工业文明所产生微小污染物[2]。气溶胶对地球的辐射收支平衡继而气候变化均有非常重要的贡献,但是目前人们对气溶胶的了解非常欠缺。气溶胶的辐射贡献包括两部分:一是直接辐射贡献,即气溶胶对太阳辐射进行吸收、散射等引起的;二是通过改变云的微观物理特性而产生的间接影响。 首先,气溶胶对气候的影响方面,M cCo rm ick和L ud-wig认为[3],气溶胶会增加太阳辐射的反照率,进而导致地球的长期性冷却效果,而Char lso n和Pilat[4]也曾提出气溶胶对大气系统能量收支的影响,即气溶胶透过吸收、散射和放射过程直接影响地球能量的收支。其次,在卫星数据校正方面,气溶胶对卫星信号的贡献是很难准确估算的部分,因而通过研究气溶胶的光学特性必然会提高估算的准确性。 利用地面的光谱辐射计对大气进行观测,是目前广泛使用的研究大气特性的方法之一。其中自动太阳光度计是一种不受天气限制、自动跟踪并存储数据的辐射计,在世界范围内得到认可并大量使用,例如A ERO N ET气溶胶观测网[5]采用的就是这种仪器。CE318具有天空辐亮度扫描的 收稿日期:2006-01-20功能,利用其测量数据可反演气溶胶粒子谱分布、散射相函数等信息。本文以2000年10月27日、30日海南三亚的观测数据为例,利用CE318多角度的天空扫描数据,采用非线性数值方法对气溶胶光学特性反演方法进行了研究。 2 太阳光度计测量原理 CE318是法国CIM EL公司生产的一种自动跟踪扫描太阳辐射计,该仪器在可见近红外设有8个观测通道,它不仅能自动跟踪太阳作太阳直射辐射测量,而且可以进行太阳等高度角天空扫描、太阳主平面扫描和极化通道天空扫描。CE318能自动存储和传输测量数据,实现自动测量采集和远程数据传输。CE318天空扫描主要有两种模式:平维圈扫描和主平面扫描。平维圈扫描是指观测时保持仪器的天顶角与太阳天顶角相同,而仪器与太阳的相对方位角逐渐变化;主平面扫描是指观测时仪器与太阳之间的相对方位角不变,而仪器的天顶角变化[5]。 CI M EL318辐射计测量太阳直射辐射F和漫射辐射E: F=F0ex p(-m S)(1) E(H0,<)≡E(()=m XS P(()F$8+q(()(2)式中:F0是大气层外的辐射通量;S是总的大气光学厚度; m是大气光学质量;H0是太阳天顶角;<是观测的方位角;(是散射角;X是整个大气层内单次反照率;P(()是总的相函数(包括瑞利散射和气溶胶散射两部分);$8是观测辐射计的立体观测角;q(()表示多次散射的贡献[6]。 为了减少仪器带来的系统误差,我们将观测数据用太阳直射辐射进行标准化,即: E(()≡ m XS P(()F$8+q(() Fm$8 =XS P(()+r(()(3) 通过多角度的天空扫描,我们可以通过非线性数值方 第25卷 第3期2006年9月 海 洋 技 术 OCEAN T ECHNOLOGY Vol.25,No.3 Sept,2006
一、MODIS 影像的辐射校正 在ENVI 5.0中打开MODIS影像的HDF文件就已经做了辐射校正，打开HDF文件的方法是File---->Open As---->EOS---->MODIS 打开后在数据列表中可以看到三个文件，第一个是发射率Emissive （band20-band36），第二个是辐射率Radiance（band1-band26）,第三个是反射率Reflectance（band1-band26），如图所示。 二、几何校正 2.1 发射率文件的几何校正 （1）Georeference MODIS 工具 ENVI5.0下有对特定传感器进行几何校正的工具，其中就有专门针对MODIS数据的几何校正，Geometric Correction——>Georeference by sensor——>Georeference MODIS （2）选择发射率文件
（3）Georeference MODIS 参数设置 Georeference MODIS Parameters对话框中，选择投影信息见图，其中要注意保存GCP控制点以及对MODIS影像做双眼皮去除（在MODIS 1 B图像中,存在着重叠现象,俗称“双眼皮”现象(bow-tie effect) ,严重地影响着MODIS图像的应用），然后点击OK。 （4）发射率几何校正参数设置
Registration Parameters对话框中，注意分辨率是1000（默认）选择保存路径点击OK即可。 （5）发射率几何校正结果
2.2 反射率文件的几何校正 （1）Wrap from GCPs：Image to Map Registration 工具 发射率文件几何校正之后，可以利用导出的GCP控制点来校正其他文件。在工具箱中找Geometric Correction——>Registration——>Wrap from GCPs：Image to Map Registration工具。 （2）选择GCP 控制点文件 双击Wrap from GCPs：Image to Map Registration工具后打开选择GCP 控制点对话框，选择之前保持的GCP控制点文件。 （3）Image to Map 投影设置 接着打开Image to Map Registration 对话框，调整参数如图，注意更改分辨率为1000，然后点击OK。 （4）选择待校正影像，调整几何校正方法 选择待校正的反射率文件。打开Registration Parameters对话框参数设置如图，注意更改几何校正方法为Triangulation和重采样方法Bilinear，使之与发射率校正结果相匹配。（几何校正模型：RST为仿射变换模型、Polynomial为多项式模型、Triangulation为局部三角 网模型）