基于清洁水体像元法的环境-1A卫星CCD水体图像大气校正

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1、万方数据第31卷，第8期2011年8月光谱学与光谱分析SpectroscopyandSpectralAnalysisV01．31，No．8，pp2238—2242August，2011基于清洁水体像元法的环境一1A卫星CCD水体图像大气校正周立国1，马蔚纯¨，顾万花1，怀红燕21．复旦大学环境科学与工程系，上海2004332．上海市环境监测中心，上海200030摘要环境卫星(HJ-1A／B)的CCD图像数据在内陆水环境遥感监测中具有很大的潜力，但它的大气校正的精度是影响其定量化应用的重要因素。文章以上海淀山湖地区HJ一1A卫星搭载的CCDl多光谱数据为应用实例，首先实现了瑞利散射的

2、精确计算，在气溶胶散射的计算中，由于内陆湖泊Ⅱ类水体的光学特性，致使环境星CCD数据的近红外波段的离水辐射不为零，因此文章借助同步MODIS数据的短波红外波段获取了大气校正因子，并利用清洁水体像元在绿光波段气溶胶散射较稳定的特点，分离出离水辐射量和气溶胶的贡献，实现了CCD数据各波段的大气校正，反演出离水辐射亮度，并通过水气界面转换，获得了水体的遥感反射率。通过同步的实测数据对比表明，该文的大气校正算法可以有效地对环境小卫星多光谱数据进行大气校正。关键词环境星；内陆水体；大气校正；清洁像元中图分类号：X87文献标识码：ADOI：10．3964／j．issn．1000-0593120

3、11)08—2238-05引言2008年9月6日成功发射的环境与灾害监测预报小卫星星座A和B(}IJ—lA／B)星是我国“环境与灾害监测预报小卫星星座”三颗卫星中的两颗光学卫星。都搭载了多光谱CCD像机，多光谱四个波段。分别为蓝(430520an)、绿(520～600rim)、红(630～690an)、近红外(760～900an)波段。现有研究表明，环境星的多光谱波段设置适于进行内陆水环境监测[1]。再加上其较高的空间分辨率(30m)和时间分辨率(2d)以及较宽的刈幅(360km)，使其在内陆湖泊尤其是中小型内陆湖泊的水环境监测中具有很大潜力。在水色遥感中，传感器收到的总辐射中大气

4、信号约占90％，而能够反映水体生物光学特性的水体信号仅占5％～15％[2-43，因此，要利用遥感器接收到的辐射信号定量的反演水质参数，第一步就是从这些辐射信号中提取离水辐射亮度，也就是进行精确的大气校正【5]。目前，关于大气校正的方法很多，如基于辐射传输模型的6S模型、LOWTRAN模型、MORTRAN模型和ATCOR模型等，这些模氆虽然精度较高，但不是专门针对于水色遥感的大气校正方法，在保证一定反射率精度的前提下，计算量大，而且需要的参数多，而大气校正的困难就在于难于确定这些参数，因此，这些方法只适用于少量的试验区，无法用于大量的CCD水色数据的大气校正[6]。目前应用最广泛的水

5、色遥感大气校正算法是以暗像元为核心的Gordon算法[7]，其在大洋I类水体的大气校正中获得了较高的精度。对于Ⅱ类水体，Smith和Wil-son则在Gordon算法的基础上应用迭代框架进行了相应改进邙]，这类算法主要是基于两个特定波段(近红外波段)中清洁水体的离水辐射为零这一前提，但目前的许多传感器尚没有类似特定波段，或者例如环境星的唯一近红外波段由于高浓度的悬浮物和CIX)M使水体在近红外波段的散射能力增强，导致近红外波段的离水辐射亮度不能认为是零。因此本文借助于同步的MODIS数据的短波红外波段离水辐射为零的特点，结合清洁水体像元在绿光波段气溶胶散射较稳定的特性获取大气校正参

6、数，使之能够很好地应用于内陆水体遥感数据的大气校正。为利用环境星CCD数据开展水质遥感监测奠定基础。收稿日期：2010-11-05。修订日期：2011-04-05基金项目：国家自然科学基金项目(41001234)，教育部博士点新教师基金项目(2010007120013)和中国科学院遥感应用研究所开放基金项目(OFSLRSS201009)资助作者简介：周立国，1980年生，复旦大学环境科学与工程系讲师e-mail：zhouli-guo@，torn．锄*通讯联系人e-mail：wcma@fudan．eelLLcll万方数据第8期光谱学与光谱分析22391研究方法I．1大气校正原理在水色

7、遥感中，传感器所接收到的总辐射能量L。(A)由以下几个部分组成：一部分是由大气外层的太阳光通过大气的瑞利散射能量Lr(A)和气溶胶散射量La(

8、=I)以及由水底反射产生的光路经水面折射后传入传感器的能量Lb(A)组成；另外一部分是到达水面的直射光和天空光经水面镜面反射进入传感器的能最Lg(A)；最后一部分是太阳光穿过水面，受到水色因子如叶绿素、悬浮泥沙和黄色物质等颗粒的散射，经水面折射离开水面穿过大气到达卫星水色扣描仪，这部分携带水色信息的离水辐射称为k(A)。到达卫