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星载遥感器所接受的信号中,包含了大量大气的信息,而水体离水信号仅占10%左右。精确的分离出水体信号是海洋水色定量遥感必须解决的关键问题,这一过程也称之为大气校正。大气校正是海洋水色遥感中的关键技术之一,大气校正的精度对最终的遥感定量反演有很大的影响。
目前,一类水体的大气校正算法采用的是Gordon等于1994提出基于近红外波段离水辐射为零假设的Gordon标准大气校正算法,该算法在一类水体的应用非常成功。对于近岸的二类水体,近红外波段离水辐射为O的假设不再成立,导致Gordon标准大气校正算法中近红外波段的气溶胶散射的高估,引起可见光波段离水辐射较实际值偏小,甚至出现负值。珠江口是我国受污染比较严重的海域之一,属于比较典型的二类水体,为了保护环境和及时了解污染治理情况,需要加强对珠江口海域环境的监测能力。Hyperion的空间分辨率为30m,在河口等狭小水域的生态环境监测中具有一定的优势。
本文以珠江口海域为主要研究区域,结合同一天的MODIS提供的风速、气压、吸收气体含量等辅助数据,将Gordon标准大气校正算法进行扩展应用于珠江口二类水体Hyperion数据的大气校正中,提出了MODIS数据辅助的珠江口二类水体Hyperion数据的大气校正算法。通过与同步的实测光谱数据、FLAASH大气校正的结果对比,表明该算法求解得到的归一化离水辐亮度与真实值比较接近,相对FLAASH具有一定的优势。
采用便携式SD2000光谱仪测量与Hyperion同步的珠江口水体的归一化离水辅亮度,并按照Hyperion的波段设置重采样为10nm,用于对MODIS数据辅助的珠江口二类水体Hyperion数据的大气校正结果的评价。
对Hyperion数据进行像元灰度值到绝对辐射值的转换、坏线的修复、未标定波段的去除、垂直条纹的修复、几何校正、图像格式的转换等预处理。计算每一像元的经纬度、太阳天顶角、方位角、遥感器的观测角、方位角。
利用2005、2006及2007年MODIS珠江口二类水体的数据研究珠江口二类水体用于大气校正的两个近红外波段气溶胶的光学特性及离水辐射特性。
借助于同一天的MODIS数据提供的风速、气压等气象数据、利用瑞利散射查找表计算每一像素点的瑞利散射,并根据瑞利散射与波长的依赖关系插值出Hyperion可见光及近红外波段的瑞利散射。
借助于同一天的MODIS数据提供的臭氧、二氧化碳和水汽含量等数据,利用气溶胶散射查找表,分别采用Hyperion的两个短波和两个近红外波段确定气溶胶的类型,精确的计算出每一像点的气溶胶散射、太阳到像元的漫反射透过率及像元到遥感器的漫反射透过率,并根据它们与波长的依赖关系插值出Hyperion各个波段的气溶胶散射、太阳到像元的漫反射透过率和像元到遥感器的漫反射透过率。最终结合大气校正基本方程计算出每一像素点的归一化离水辐亮度,实现珠江口二类水体Hyperion数据的大气校正。
详细的分析了MODIS数据辅助的基于短波波段的大气校正结果误差较大及图像中出现条纹的因为。
利用现场实测的归一化离水辐亮度数据、FLAASH大气校正软件的大气校正结果、对MODIS数据辅助的基于近红外波段的珠江口二类水体Hyperion数据大气校正结果进行了评价。结果表明,本研究中所提出的MODIS数据辅助的基于红外波段的珠江口二类水体Hyperion数据的大气校正算法所得到的归一化离水辐亮与实测的光谱数据的误差较小,能够满足珠江口二类水体大气校正的需要。
在借鉴SeaDAS软件的基础上,设计和开发了珠江口二类水体Hyperion数据的大气校正的应用系统,可以非常方便的实现Hyperion各个像素点的瑞利散射、气溶胶散射及漫反射透过率的计算。并提供了Hyperion图像格式转换、输入输出、垂直条纹去除、中值滤波、统计分析及生成像素点的光谱曲线等程序接口,为Hyperion数据的进一步的应用打下了一个良好的基础。