基于nsoas 线性反演模式的modis海水悬浮物浓度 - 东海预报中心

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1、一种基于SeaDAS软件的海水悬浮物浓度遥感产品实现陈钊国家海洋局东海预报中心摘要：作者对MODIS设备的遥感反射率求法和NSOAS算法做了分析，讨论了如何在MODIS遥感资料上通过适应性修改应用黄东海水色反演算法，并基于SeaDAS软件给出了该产品的具体实现。关键词：悬浮物浓度、MODIS、海洋水色、卫星遥感利用卫星遥感数据反演悬浮物浓度是海洋水色遥感的重要课题，目前，利用MODIS遥感资料反演悬浮物浓度的成品软件多为商用遥感处理软件，由于源代码不公开，价格昂贵、用户难以根据比测结果调整参数等原

2、因，制约着卫星遥感悬浮物浓度产品在预报部门的应用。而开放源代码的SeaDAS软件自带的标准反演算法中，不包括悬浮物浓度的反演算法。本文介绍了在SeaDAS软件基础上，根据MODIS资料的特点，改进已有的反演算法，编写计算机程序，实现悬浮物浓度产品的业务化生产的方法。1、悬浮物浓度反演算法为了更好的服务于预报中心的实际预报工作，我们选用的反演算法为黄东海二类水体的遥感反演算法，称为NSOAS(NationalSatelliteOceanApplicationService国家卫星海洋应用中心)线性遥

3、感反演算法[3]。反演公式如下：……（1）其中，S为总悬浮物浓度，单位为毫克/升，Rrs490,Rrs555,Rrs670分别为水体对490、555、6纳米波长的可见光的遥感反射率。S0、S1、S2是三个系数，根据统计分析，用线性回归方法求得其最佳估计值为S0=0.5591、S1=24.6866、S2=-0.4675。2、MODIS卫星遥感资料的算法适用性虽然NSOAS反演算法比较简单，但是，直接在MODIS遥感资料上应用该算法，存在着两个主要的问题。首先，MODIS的36个波段中，没有与490n

4、m、555nm和670nm完全对应的波段，比较接近的是488nm、551nm和667nm；虽然这些波段差距比较小，总的反演方程的结构不必做改动，但也意味着必须对参数进行微调才可能应用到MODIS卫星遥感资料上。其次，处理MODIS资料的SeaDAS软件只提供离水辐射Lw（Leavingwater6radiance）资料，不提供遥感反射率Rrs（ReflectionrateofRemoteSensing）资料，必须由离水辐射求得遥感反射率后才可能NSOAS算法。显然，只要解决这两个问题，就意味着能够

5、在MODIS遥感资料上应用NSOAS算法，下面将讨论这些问题方法。2.1MODIS遥感卫星波段的修正参数估计我们考虑的方法是，假设SeaWiFS卫星中三个波段的遥感率是已知的，那么就需要建立MODIS对应波段的遥感反射率对应到已知波段的遥感反射率的数学关系。图1混浊水体的谱遥感反射率由图1可见[2]，水体的遥感反射率在可见光（370nm-760nm）波段的遥感反射率-波长曲线有较好的连续性，而且浑浊程度不同的水体，虽然在同一波段的反射率函数值相差较大，但其导数却比较接近。注意到上述情况，并对每条曲

6、线在一定波长处的导数取平均，我们可以表达同一水体的邻近波段之间遥感反射率关系：……(2)其中，Rrs1是波长为λ1时的遥感反射率，Rrs0是波长为λ0时的遥感反射率。上式仅当λ1≈λ0时成立。这样，由公式2我们得到：将上述关系式代入到公式（1），这样我们就得到了用于MODIS遥感资料的NSOAS算法公式：……(3)2.2从MODIS离水辐射资料中计算遥感反射率遥感反射率（Rrs）是指，如果假定卫星处于天顶，并且假定大气的散射和吸收都不考虑时，卫星上的遥感仪器接收到被遥感物体的反射辐照亮度，跟被遥感

7、物体本身接收的太阳辐照亮度的比率。在实际工作中，遥感反射率是根据遥感仪器接收到地面的辐射亮度、在进行大气吸收和散射改正、太阳距离、太阳高度角改正后计算出来的。6离水辐射（Lw）是指水面以下的物体反射太阳光发出的辐射。透射入水的太阳能中一部分被水分子吸收,另一部分经浮游生物和悬浮颗粒等有机物质或无机物质散射,经散射后一部分离开水面反射出来,这部分反射能称为离水辐射能。为了使用的方便，通常从离水辐射中，通过大气校正和太阳校正得到归一化离水辐射(normalizedLevaingwaterradianc

8、erate,nLw)，是指在满足太阳入射能恒定条件下的离水辐射。从离水辐射计算出归一化离水辐射的公式为：……(4)其中，solz是太阳的天顶角，fsol是太阳距离改正系数（等于按天文单位计算的瞬时日地距离）,foob是波段外辐射修正系数，brdf是双向反射修正函数，t_sol是大气散射透过率，t_oz_sol是对臭氧层的大气散射透过率。资料表明，对于水面下的悬浮物，归一化的离水辐射和遥感反射率存在着简单的线性关系：……(5)其中，F_0是转换系数。对于AQUA/TERRA卫星上的M