大气水汽含量反演

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。

基于北斗卫星信号反演大气可降水量及应用研究基于北斗卫星信号反演大气可降水量及应用研究摘要：大气可降水量是评估地球水循环和水资源管理的重要指标之一。

本文基于北斗卫星信号，通过反演技术研究了大气可降水量的估算方法，并分析了其在气象预报、水资源管理等领域的应用潜力。

研究表明，基于北斗卫星信号反演的大气可降水量估算方法具有较高的精度和实时性，可以为气象预报、防灾减灾等提供重要的支持。

然而，尽管在实际应用中仍面临一些挑战和难题，但基于北斗卫星信号反演大气可降水量的研究前景广阔，为改善水资源管理和气象预报提供了新的思路和方法。

1. 引言大气可降水量是指在特定地区和特定时间内大气中的水分可以以降水形式从大气中落下的总量，是地球水循环的重要组成部分。

精确估算大气可降水量对气象预报、水资源管理、农业生产等具有重要意义。

2. 北斗卫星信号北斗卫星是我国自主研发的全球卫星导航系统，具有全球覆盖、高精度、实时性等特点。

北斗卫星通过卫星间的信号传输以及地面测控系统的信号处理，可以提供高精度的导航、定位和测量服务。

3. 大气可降水量估算方法基于北斗卫星信号的大气可降水量估算方法主要通过反演大气掩星（Atmospheric Occultation）数据来实现。

掩星数据是指卫星在通过大气层时接收到的信号信息，在测量路径上可以获取到大气的温度、湿度等参数，从而推算出大气中的水分含量和可降水量。

4. 大气可降水量估算技术大气可降水量估算技术主要包括频率偏移法、全局最小二乘法和窄带预处理法等。

这些技术都是基于对大气掩星数据的数学模型和算法进行反演计算，从而得出大气可降水量的估计结果。

5. 应用案例分析5.1 气象预报大气可降水量是气象预报中的重要参考指标之一。

基于北斗卫星信号反演的大气可降水量估算方法可以为气象预报模型提供更准确的初始场数据，从而提高气象预报的准确性和实时性。

5.2 水资源管理大气可降水量的估算对于水资源管理具有重要意义。

（完整）基于单窗算法反演地表温度的ENVI操作教程单窗算法反演地表温度教程1.1 算法原理1.1.1单窗算法单窗算法（MW 算法）是覃志豪于2001年提出的针对TM 数据只有⼀个热红外波段的地⾯温度反演算法。

经过众多学者验证，单窗算法具有很⾼的反演精度，且同样适⽤于ETM+和landsat 8数据。

公式如下：6666666666/)))1(()1((C T D T D C D C b D C a T a sensor s -++--+--=式中，LST 为地表温度（K ），T sensor 是传感器上的亮度温度（K），T a 是⼤⽓平均温度（K ）；a 、b 为参考系数，当地表温度为0-70℃时，a = -67.355351，b = 0.458606；C 、D为中间变量，计算公式为：式中，为地表⽐辐射率，为地⾯到传感器的⼤⽓总透射率。

因此单窗算法反演地表温度的关键是计算得到亮度温度T senso 、地表⽐辐射率、⼤⽓透射率和⼤⽓平均作⽤温度T a 。

1.1.2参数计算1.1.2.1辐射亮温计算利⽤Planck 公式将图像像元对应传感器辐射强度值转换为对应的亮度温度值。

公式如下式中，T senso 为亮度温度值；影像预处理后得到的光谱辐射值，λL 单位为，K1 、K2为常量，可由数据头⽂件获取。

)/(2m sr m w µ??计算图像辐射亮温之前，需采⽤辐射定标参数将像元灰度值DN转换为热辐射强度值，公式如下：式中，M L 为增益参数，A L 为偏移参数，该参数可直接在影像通⽂件数据中获取，且ENVI 软件中已经集成，不需要⾃⼰在查找。

1.1.2.2地表⽐辐射率计算根据覃志豪针对TM 影像提出的混合像元分解法来确定区域地表福辐射率。

对于城市区域，我们简单的将其分为⽔体、⾃然表⾯和建筑表⾯三种，因此针对混合像元尺度上的地表⽐辐射率通过下式来估算：式中，为混合像元的地表⽐辐射率；P V 为植被覆盖率；R V 为植被的温度⽐率；R M 为建筑表⾯的温度⽐率；V 表⽰植被法地表⽐辐射率，m 表⽰建筑表⾯的地表⽐辐射率；d表⽰辐射校正项。

基于GAMIT软件利用不同星历反演PWV的研究姜建;彭军还;许静;尤杰【摘要】首先简单介绍了GAMIT软件，然后基于GAMIT利用最终精密星历和预报精密星历分别解算相同的测站数据，得到测站天顶方向的对流层总延迟，再通过SAASTAMOINEN模型计算干延迟，提取出湿延迟后，结合地面气象数据反演大气可降水量。

通过比较2种星历反演结果得到，最终精密星历和预报精密星历在解算结果上精度相当，预报精密星历在实时的水汽监测中满足要求，能够为降水的预报、预警提供帮助。

【期刊名称】《地理空间信息》【年(卷),期】2013(000)004【总页数】3页(P99-101)【关键词】GAMIT;GPS星历;干延迟;湿延迟;大气可降水量【作者】姜建;彭军还;许静;尤杰【作者单位】中国地质大学北京土地科学技术学院,北京,100083;中国地质大学北京土地科学技术学院,北京,100083;中国地质大学北京土地科学技术学院,北京,100083;中国地质大学北京土地科学技术学院,北京,100083【正文语种】中文【中图分类】P228.41应用GPS技术探测大气中的水汽是近十几年来大地测量学和气象学研究的热点[1]。

与传统探测方法相比，它具有稳定、全天候、时间和空间分辨率高等优点[2]。

近年来其发展非常迅速，许多国家进行了该技术的实验和研究[3]，并建立起了自己的地基GPS测量大气水汽的观测网，如日本、美国等。

我国的北京、台湾、上海等地区也先后进行了GPS气象学的研究和实验，并于2004年在上海建成GPS综合应用网投入GPS气象学领域使用[4]。

利用GPS提供的基础数据探测水汽时，需要精确的卫星星历[5]。

目前IGS提供的精密星历分为IGS（最终精密星历）、IGR（快速精密星历）和IGU（预报精密星历）3种，最终精密星历和快速精密星历的精度优于5 cm，时延11 d和17 h，预报精密星历精度优于25 cm但实时发布。

前2种星历精度高，可以满足利用GPS探测水汽的要求，但是因为它的时延性导致不能满足实时业务的需要。

科技资讯科技资讯S I N &T NOL OGY I NFORM TI ON2008N O .14SCI ENC E &TEC HNO LO GY I N F O RM ATI O N高新技术水汽是大气中时空变化最活跃的成分之一,是生成云和降水的必要条件,对天气和气候的变化有重要影响,并且可通过平流和垂直输送及蒸发、凝结过程,影响地面和大气中水分循环及能量平衡,对天气和气候的研究至关重要。

水汽的相变、分布、垂直输送还是制约暴雨、雷暴、大风等强对流天气过程发展的动力机制之一。

如何测定大气中的水汽含量,监测大气中水汽的分布情况及变化趋势,并将监测结果应用于实际业务预报特别是中小尺度灾害性天气的监测预报中,一直是气象研究中的热点问题。

水汽随高度的分布比较复杂,受到温度垂直分布、对流运动、湍流交换、云层的凝结和蒸发以及降水等多种因素的影响,使得高效、高频地监测水汽成为目前大气探测的一个难题。

传统上使用无线电探测、卫星红外线探测和微波探测等手段由于自身存在的局限性已经无法适应现代业务的要求,急需新的技术来实现不同时空范围的水汽监测。

GP S 气象学是20世纪90年代兴起的一种多学科交叉而形成的前沿学科,分为地基和空基两类。

其中地基GP S 技术作为一种新型大气探测实用技术,通过高覆盖率的地基G P S 网络,提供高时空分辨率的水汽探测技术,可有效地弥补传统探测技术在时间和空间上的不足,提供高精度、高容量、快速变化的水汽信息。

1地基G PS 监测水汽原理GP S 卫星发射的信号,穿过大气层时,受到大气折射而延迟,通常可分为电离层延迟和对流层延迟,电离层延迟可通过双频或电离层模型基本消除。

对流层总延迟(ZT D)是由于大气中空气的折射而产生的,任意方向上的模型为:其中DL h z 、DL v z 分别为静力延迟(Z HD)和湿延迟(ZW D);m h (e)、m v (e )分别为干、湿映射函数;e 为到达地面测站的射线路径高度角。

DOI ：10．19392/j．cnki．1671-7341．201921119库尔勒市地表温度反演黄波成都理工大学地球科学学院四川成都610059摘要：地表温度（LST ）是地表自然生态环境的一个重要指标，是水平衡和地面能量平衡中的重要参数。

本次研究采用库尔勒市Landsat8第10波段数据，利用单窗算法反演该地区2017年8月7日的地表温度。

得到库尔勒市该日最高温度为56．21ħ，平均温度为38．61ħ。

关键词：Landsat8；单窗算法；库尔勒；地表温度1绪论地表温度（Landsurfacetemperature ，LST ）是地表自然生态环境的一个重要指标，是水平衡和地面能量平衡中的重要参数，它影响着地表和大气之间能量互换和水热均衡过程，在地表研究中扮演着主要的作用，在气候气象，农业林业，生态环境，地质和勘察等范畴也有着特别广泛的应用。

近年来对于Landsat 8地表温度的反演也有越来越多的学者参与其中。

现在主要用于地表温度反演的方法基本都是基于物理模型的方法，对于单通道主要有三种，辐射传输方程法、单窗算法、还有普适性单通道算法。

辐射传输方程法，在有实时大气廓线数据时，能使用如今成熟的大气辐射传输模型计算获得大气辐射和大气透过率，然后带入辐射传输方程就能够根据地表发射率和辐射亮度值获得温度。

单窗算法是通过热辐射传输方程，通过各种参数来估算的温度。

普适性单通道算法算法是一种适合任何热红外数据反演温度的方法，该算法只需要大气水汽含量和地表比辐射率两个参数。

2地表温度反演对于本次地表温度反演，研究区为库尔勒市，位于新疆维吾尔自治区的中部，区域位置为东经85ʎ14'10ᵡ－86ʎ34'21ᵡ、北纬41ʎ10'48ᵡ－42ʎ21'36ᵡ。

该市气候特点是暖温带大陆性干旱气候。

研究数据采用在美国地质调查局（USGS ）上下载的Landsat8数据，主要采用该数据的第10波段反演温度。

Hyperion高光谱遥感数据大气校正方法张秋爽;祝民强;刘碧洪【摘要】由于受到大气的影响,传感器接收到的辐射信息不能真实地反映地表反射光谱信息,因此,从遥感影像中去除大气的影响,即进行大气校正,是高光谱遥感数据处理中极为重要的环节;通过应用大气校正模块FLAASH,研究选择了合适的大气模式、水汽含量、气溶胶模型、波谱分辨率和多散射模型等参数,对内蒙东胜地区Hyperion高光谱遥感影像进行大气校正;比较了校正前后典型地物的光谱曲线,并将它们与实验审典型地物光谱曲线进行对比,大气校正后得到的光谱曲线和实验室得到的光谱曲线具有较好的一致性,达到了去除大气影响的目的,同时校正成的水汽分布也表明校正效果良好.【期刊名称】《计算机测量与控制》【年(卷),期】2010(018)001【总页数】3页(P220-222)【关键词】高光谱;大气校正;FLAASH;Hyperion【作者】张秋爽;祝民强;刘碧洪【作者单位】东华理工大学,江西省数字国土重点实验室,江西,抚州,344000;东华理工大学,江西省数字国土重点实验室,江西,抚州,344000;东华理工大学,江西省数字国土重点实验室,江西,抚州,344000【正文语种】中文【中图分类】TP790 引言高光谱遥感技术是20世纪 80年代迅速发展起来的一种全新的遥感技术。

由于其可以为每个地面像元提供数百个波段的光谱信息,使其能更有效地对物质进行识别和分类,因此高光谱遥感技术在海洋遥感、植被研究和地质调查等领域都有良好的应用前景,尤其在军事应用方面已经得到了各国的重视[1]。

大气校正是遥感影像辐射校正的主要内容,是获得地表真实反射率必不可少的一步,对定量遥感尤为重要。

随着定量遥感技术迅速发展,遥感图像大气校正方法的研究越来越受到重视[2]。

目前国内外已提出了不少的大气校正模型,主要有：辐射传输模型法、黑暗像元法、不变目标法和直方图匹配法等。

在诸多的大气校正方法中,校正精度较高的方法是辐射传输模型法。

ENVI下基于劈窗算法从MODIS数据中反演海表温度(2013-12-03 19:42:18)转载▼分类：遥感解决方案标签：劈窗算法modis反演温度教育劈窗算法最初是为反演海面温度开发的，具体地说是针对NOAA/AVHRR的4和5通道设计的，后来也被用来反演地表温度，这种算法较成熟，精度也高。

劈窗算法以地表热辐射传导方程为基础，利用10~13μm 大气窗口内，两个相邻热红外通道(一般为10.5～11.5μm、11.5～12.5μm)对大气吸收作用的不同，通过两个通道测量值的各种组合来剔除大气的影响，进行大气和地表比辐射率的修正。

表达式为：T S= T 4+ A (T 4- T 5) + B其中：T S为地表真实温度，T 4和 T 5分别为AVHRR的4和5通道，A和B为常量。

AVHRR 的通道4(10.15~11.13μm) 和通道5 (11.15~12.15μm) 恰与MODIS 的第31 波段 (10.178~ 11.128μm) 和32 波段 (11.177~ 12.127μm ) 的中心波长相对应, 可将MODIS 的31、32 波段资料, 用于劈窗算法进行地表温度计算。

很多学者对这个算法进行了推演，得到很多新的算法，如覃志豪、毛克彪等人。

本文就是使用其他学者推演的算法。

利用MODIS数据劈窗算法反演海表温度技术流程如下图：图1技术流程图注：（1）按照本流程反演出来的结果是SST。

陆地上的值可以视为无效值，若要得到正确的陆表温度，需要加入海陆分离的步骤，以及城镇和自然表面的比辐射率计算。

（2）MODIS数据下载：nasa官网：/.下面详细介绍处理流程。

第一步：数据打开Open->Open as->EOS->MODIS，选择MOD021KM.A2013185.0245.005.2013185094144.hdf文件，点击OK打开。

分为三个数据集：热红外数据（20-36波段），可见光到短波红外的辐射率数据（1-19、26波段），可见光到短波红外的反射率数据（1-19、26波段）。

广西地区大气加权平均温度模型谢劭峰;靳利洋;王新桥;黄良珂【摘要】地基GPS反演大气水汽中,加权平均温度(Tm)是一个非常重要的参数.分析了广西地区Tm的时空变化特性及其与地面温度之间的关系,利用2012～2015年的探空数据,建立了适用于广西地区的Tm模型.通过对比广西模型、Bevis模型、李建国模型求得的加权平均温度发现:广西模型的中误差为1.05 K,其精度比Bevis模型提高42%,比李建国模型提高62%;广西模型的大气水汽中误差为2.7 mm,其精度比GAMIT解算结果提高11%.%In the atmospheric water vapor inversion using ground-based GPS, weighted mean temperature (Tm) is a very important parameter.The spatiotemporal variation characteristics of Tm and the relationships between ground temperature and Tm ining the sounding data of 2012～2015 ,a new Tm model suitable to Guangxi was established.By comparing the Tm acquired from Guangxi Model, Bevis Model and Li Jianguo Model, it is found that the root mean square error (RMSE) of Guangxi Model is 1.05 K, whose accuracy is respectively increased by 42% and 62% compared with Bevis Model and Li Jianguo Model;the RMSE of precipitable water vapor obtained from Guangxi Model is 2.7 mm, whose accuracy is improved by 11% compared with that of GAMIT software.【期刊名称】《科学技术与工程》【年(卷),期】2017(017)012【总页数】5页(P133-137)【关键词】加权平均温度;时空特性;回归分析;天顶湿延迟;水汽含量【作者】谢劭峰;靳利洋;王新桥;黄良珂【作者单位】桂林理工大学测绘地理信息学院,广西空间信息与测绘重点实验室,桂林 541004;桂林理工大学测绘地理信息学院,广西空间信息与测绘重点实验室,桂林541004;桂林理工大学测绘地理信息学院,广西空间信息与测绘重点实验室,桂林541004;桂林理工大学测绘地理信息学院,广西空间信息与测绘重点实验室,桂林541004【正文语种】中文【中图分类】P228;P412大气水汽的变化与降水直接相关，在大气能量传输、天气系统演变、大气辐射收支、全球气候变化等多种气象演变中扮演着重要的角色[1—3]。