针对HY-1A CCD的大气修正与水体组分反演

发布时间：2020-06-09 21:39

【摘要】：本文在国家高技术研究发展计划项目和HY-1A卫星应用项目的支撑下，面向HY-1A CCD进行海洋水色遥感应用的需求，开展了大气修正与水体组分浓度反演的研究。论文的工作包括： (1)在辐射传输模拟的基础上，针对HY-1A CCD建立了基于查找表技术的一类水体大气修正算法，可以由1～4波段的TOA反射率反演得到1～2波段的离水反射率等参量。其中，瑞利反射率可以用与角度和波长有关的傅立叶级数近似。气体吸收透过率可以用空气质量的三次多项式来近似其角度依赖性，与含量有关的水汽和臭氧透过率也可以用空气质量和气体含量的简单关系式来近似。将瑞利查找表和气体吸收透过率公式用于HY-1A CCD数据处理的总体效果良好。建立了散射透过率查找表，构造了τ_a(?)γ=ρ_(mix)/ρ_r和p_(as)(?)ρ_A两类气溶胶查找表(考虑了吸收性气溶胶)，并提出了4个针对一类水体的气溶胶修正算法。采用模拟数据的处理试验表明，基于τ_a(?)γ查找表的算法效果最好，该算法对模拟数据的处理结果很好。 (2)在辐射传输模拟的基础上，针对HY-1A CCD建立了基于神经网络技术的一类水体大气修正算法，可以由3、4波段的ρ_A和3个角度反演得到1、2波段的ρ_A、大气透过率和气溶胶光学厚度等参数。基于模拟数据的性能评估试验表明，网络模型的反演是成功的，且对添加±5％的随机噪声不太敏感，具有较高的“鲁棒性”。与基于查找表方法的算法相比，网络算法具有最高的R~2和最低的RMSE，而且，在处理未参与网络模型和查找表建立的气溶胶数据时，网络算法的结果明显好于查找表算法，因此，可以认为网络算法具有更好的气溶胶内插能力。由于其同时具有高速处理的特点，采用网络算法进行一类水体大气修正处理也是一个不错的选择。 (3)在辐射传输模拟的基础上，针对HY-1A CCD建立了基于神经网络技术的二类水体大气修正算法，可以由1～4波段的经过瑞利和气体吸收修正的TOA反射率和3个角度反演得到1～4波段的离水反射率和气溶胶光学厚度等参数。基于模拟数据的性能评估试验表明，网络模型反演的总体效果良好，但相比于一类水体网络算法，二类水体网络算法对数据噪声较为敏感。针对HY-1A CCD数据的处理试验表明，除了在非常浑浊的水体，反演结果基本合理。 (4)针对HY-1A CCD，建立了基于遗传优化技术的三组分浓度反演算法，可以由1～4波段的R(0~-)同时反演三组分浓度。模拟反演试验表明，应用HY-1A CCD同时反演三组分浓度的效果很好，其中，悬浮物的反演效果最佳，黄色物质其次，只是叶绿素在低浓度时较差。因此，HY-1A CCD可以用于二类水体组分反演，其在悬浮物反演方面的优势明显。引入±10％的数据偏差时，模型反演的悬浮物浓度最大平均相对误差不超过16％。最后，就算法的完善提出了需进一步开展的研究工作。
【图文】：

彩色合成,波段

(a)图3.14从彩色合成图(b)(侧C旧采用B3旧刀Bl)与位置法水陆掩模结果的叠加图其中，浅色的为掩模结果，(a)为HIADLRD2249ol628.LIB，彻为HIADLR0303603800.LIB.3.25结论基于针对H-YIACCD波段设置的大量数据模拟与分析发现，瑞利反射率可以用与角度和波长有关的傅立叶级数近似。这种近似计算的相对误差均在1了量级或更小，可用于卫星数据处理，且对计算资源的要求很少。波段平均效应对瑞利反射率计算的影响，由大到小依次是波段2、波段4、波段3(波段1)。当天顶角(600时，计算时忽略波段平均效应，波段2和波段4的相对误差分别大于.27%和1.8%，波段1的相对误差也可以达到1.3%，波段3的相对误差小于.05%。因此，计算瑞利反射率时不应使用中心波长进行计算，特别是波段2和波段4。应用该查找表进行H-YIACCD数据处理的总体效果不错，但进一步的评估还有待进行，特别是需要先确定H-YIACCDLIB数据的定标精度。

气体吸收,单波段,伪彩色,分割图

01.52乃2乃3乃3‘54乃4j4，9图3.27HIADLRD303603800.LIB得到的进行了气体吸收修正的单波段瑞伪彩色分割图:3结论基于针对HY.1ACCD波段设置的大量数据模拟与分析发现，吸收透过率都可以用空气质量的三次多项式来近似其角度依赖性，，与含量有关的水汽和臭氧透过率也可以用空气质量和气体含量的简单关系式来近似。这些近似关系可用于卫星数据处理，以修正气体吸收的影响，且对计算资源的要求很少.由于传感器的波段较宽，因此各种透过率需进行光谱等效计算。这导致利用光谱等效后的上行与下行透过率的乘积来近似双程透过率会存在偏差，在实际数据处理时应尽量避免采用单程透过率来计算双程透过率(除波段1在天顶角毛70。之外)。但是，以波段等效后的单种气体透过率的乘积来近似总吸收透过率是可以的，这使得在数据处理时，可以根据辅助气象数据中的水汽和臭氧的实际浓度分别计算水汽和臭氧透过率，以提高计算精度。以瑞利反射率计算为例，除波段1外，气体吸收对反射率计算的影响均较大，需进行修正，否则会影响大气修正过程中对大气贡献的估计。对模拟数据的处理结果表明，本节所建立的方法可以满足计算上的需要，对于H丫IACCD卫星数据的处理效果也较好，但受数据
【学位授予单位】：中国科学院研究生院（海洋研究所）
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2005
【分类号】：P714.8

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