複雜環境下海洋遙感輻射傳輸與大氣校正方法 9787030821836 何賢強 金旭晨 李豪 宋梓庚 徐菲 白若楓 白雁

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書名：複雜環境下海洋遙感輻射傳輸與大氣校正方法
ISBN：9787030821836
出版社：科學
著編譯者：何賢強 金旭晨 李豪 宋梓庚 徐菲 白若楓 白雁
頁數：211
所在地：中國大陸 *此為代購商品
書號：1745827
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【台灣高等教育出版社簡體書】 複雜環境下海洋遙感輻射傳輸與大氣校正方法 787030821836 何賢強 金旭晨 李豪 宋梓庚 徐菲 白若楓 白雁
內容簡介
《複雜環境下海洋遙感輻射傳輸與大氣校正方法》主要闡述了海洋遙感研究中部分典型複雜環境條件（晨昏條件、近岸複雜水體、強吸收性氣溶膠、高海況條件等）下的輻射傳輸計算、大氣校正及其應用方法。《複雜環境下海洋遙感輻射傳輸與大氣校正方法》共分為六章，第1章 緒論主要闡述研究的背景、目的、國內外研究現狀等。第2章 闡述了基於蒙特卡羅方法的三維球面輻射傳輸模型的構建以及大天頂角條件下的輻射傳輸計算方法；第3章 闡述了適用于靜止水色衛星晨昏觀測（大太陽天頂角）條件下大氣校正模型及算法的構建方法；第4章 闡述了紫外大氣校正算法以及紫外波段水體光譜模擬數據集的構建方法；第5章 闡述了強吸收性氣溶膠條件下的大氣校正算法的構建方法；第6章 闡述了高海況（高風速、強降雨）條件下的被動微波遙感輻射模型及衛星觀測校正算法的構建方法。

目錄

目錄

序言
前言
第1章 緒論 1
1 1 海洋遙感輻射傳輸模型 1
1 2 海洋水色遙感大氣校正 3
1 3 複雜環境下海洋遙感面臨的挑戰 5
1 4 主要內容 7
第2章 三維球面輻射傳輸模型 8
2 1 引言 8
2 2 逆向蒙特卡羅原理及方法 9
2 2 1 蒙特卡羅方法原理 9
2 2 2 逆向蒙特卡羅方法 10
2 3 模型構建及驗證 11
2 3 1 模型構建 11
2 3 2 與Korkin 模型的比較結果 17
2 3 3 與PCOART-SA 模型的比較結果 18
2 4 大太陽天頂角條件下地球*率影響及其校正 26
2 4 1 大太陽天頂角條件下地球*率對Rayleigh 散射的影響 27
2 4 2 大太陽天頂角條件下地球*率對Mie 散射的影響 30
2 4 3 大太陽天頂角條件下地球*率影響校正 41
2 5 大觀測天頂角條件下地球*率影響及其校正 49
2 5 1 大觀測天頂角條件下地球*率對Rayleigh 散射的影響 49
2 5 2 大觀測天頂角條件下地球*率對Mie 散射的影響 52
2 5 3 大觀測天頂角條件下地球*率影響校正 64
2 6 小結 70
第3章 晨昏水色遙感大氣校正方法 72
3 1 引言 72
3 2 大太陽天頂角下水色衛星探測能力 72
3 2 1 葉綠素濃度探測極限 73
3 2 2 CDOM 探測極限 76
3 2 3 懸浮物濃度探測極限 76
3 3 大太陽天頂角下靜止水色衛星資料大氣校正 79
3 3 1 靜止衛星神經網絡大氣校正模型 79
3 3 2 靜止衛星神經網絡大氣校正模型精度評估 83
3 4 大太陽天頂角下極軌水色衛星資料大氣校正 89
3 4 1 極軌衛星神經網絡大氣校正模型 89
3 4 2 極軌衛星神經網絡大氣校正模型精度評估 92
3 5 大太陽天頂角下水色要素半分析反演 97
3 5 1 使 用 數 據 97
3 5 2 研究方法 99
3 5 3 半分析模型精度評估 102
3 6 小結 104
第4章 渾濁水體紫外大氣校正方法 107
4 1 引言 107
4 2 紫外水體光譜特性 108
4 2 1 水色三要素對紫外離水輻射的影響 108
4 2 2 表觀和固有光學量關係在紫外譜段的適用性 112
4 2 3 紫外與可見光譜段遙感反射率的聯繫 112
4 3 紫外大氣校正算法構建 115
4 3 1 基於6SV 模型的大氣校正查找表建立 115
4 3 2 氣溶膠散射校正模型構建 118
4 3 3 氣溶膠散射”譜形”函數誤差分析 126
4 4 紫外大氣校正算法驗證 128
4 4 1 GCOM-C 衛星資料驗證 128
4 4 2 實測數據驗證 133
4 5 紫外大氣校正算法應用 137
4 5 1 近岸水體 137
4 5 2 內陸水體 139
4 6 小結 140
第5章 強吸收性氣溶膠大氣校正方法 142
5 1 引言 142
5 2 吸收性氣溶膠空間分佈 143
5 2 1 吸收性氣溶膠垂向分佈模型 143
5 2 2 全球吸收性氣溶膠空間分佈特徵 143
5 3 吸收性氣溶膠大氣校正算法 145
5 3 1 研究區域及數據 145
5 3 2 算法構建 147
5 3 3 精度驗證 151
5 4 吸收性氣溶膠大氣校正算法的應用 156
5 4 1 北非西海岸區域 156
5 4 2 波斯灣區域 156
5 4 3 北美西海岸區域 158
5 4 4 黑海區域 161
5 4 5 中國渤黃海區域 162
5 5 典型吸收性氣溶膠影響區域水色要素反演 164
5 5 1 吸收性氣溶膠情況下的水色要素反演對比驗證 164
5 5 2 黑海和中國渤黃海區域的對比分析 165
5 6 小結 168
第6章 高海況下微波遙感輻射校正方法 170
6 1 引言 170
6 2 海洋微波輻射傳輸模型 171
6 2 1 微波海洋–大氣耦合矢量輻射傳輸數值計算模型 171
6 2 2 海洋–大氣耦合輻射傳輸驗證 179
6 2 3 衛星比較驗證 181
6 3 粗糙海面發射模型 183
6 3 1 小擾動\小斜率近似模型 184
6 3 2 雙尺度模型 186
6 4 高風速下的海面泡沫影響校正模型 189
6 4 1 海面泡沫介電特性 190
6 4 2 海面泡沫亮溫發射模型 191
6 4 3 高風速條件下的鹽度反演 196
6 5 強降雨條件下亮溫校正模型 197
6 5 1 降雨海面模型 197
6 5 2 降雨引起的海面局部風 198
6 5 3 強降雨下的亮溫正演模型精度驗證 200
6 6 小結 202
參考文獻 203

精彩書摘
第1章 緒論
1 1 海洋遙感輻射傳輸模型
輻射傳輸理論的起源可以追溯到19世紀末和20世紀初。它*初是為了研究恒星大氣中的輻射傳輸而發展起來的。該理論的創立得益於Boltzmann、Schwarzschild、Schuster等科學家的開創性工作，並在20世紀中葉由Chandrasekhar（1950）進行系統性的研究，出版了第1著作RadiativeTransfer，極大地推動了這一領域的發展[1]。
20世紀70年代，隨著人造衛星技術的發展，科學家開始探索利用遙感技術研究海洋。Gordon[2]與Morel和Gentili[3-4]系統地將該理論應用于海洋水色遙感，建立了水體反射率與固有光學特性的關係模型。20世紀80年代，Kirk[5]和Mobley[6]等進一步完善了水體輻射傳輸模型。20世紀90年代，受益於計算機技術的發展，Mobley[7]開發了更複雜的水體輻射數值模型，如Hydrolight，大大促進了海洋水色遙感的發展。進入21世紀，輻射傳輸理論在海洋水色遙感中的應用持續深化和拓展，如Zhai等[8]、He等[9]將其用於研究海水–大氣耦合系統，提高了大氣校正的精度和偏振水色遙感研究能力。
在海洋微波遙感領域，輻射傳輸理論同樣發揮了重要作用。20 世紀80年代至90年代，多個重要的微波輻射傳輸模型相繼出現，為精確的輻射傳輸計算奠定了基礎：Clough等[10，11]提出了LBLRTM（line-by-line radiative transfer model）和AER（atmosphericand environmental research）模型，基於HITRAN（high-resolution transmission molecularabsorption database）數據庫[12]進行逐線計算，成為*準確的輻射傳輸模型之一；Liebe等開發的MPM93（Millimeter-wave Propagation Model）專門用於毫米波段的大氣輻射傳輸計算[13]。進入20世紀90年代末，Rosenkranz對MPM93模型進行了改進，提出了Rosenkranz98模型，特別優化了水汽吸收和氧氣吸收的計算[14]。這些模型的發展極大地提高了海洋微波遙感的精度。進入21世紀，隨著粗糙海面發射–散射模型的完善成熟，輻射傳輸理論進一步得到發展，如Liu等[15]、Saunders等[16]發展了考慮了海–氣耦合過程的輻射傳輸模型，進一步提高了輻射傳輸模型精度。
到目前為止，國際上發展的海洋、大氣輻射傳輸數值計算方法主要有矩陣算法[17]、離散縱標法[18]、球諧函數法[19]、蒙特卡羅模擬法[20]、不變嵌入法[21]、X-Y函數法[1]、逐次散射法[22]、吸收線法[10]、有限元法[23]等。利用輻射傳輸理論和數值計算方法，已開發了幾十種適用于大氣、海洋輻射傳輸數值計算的模型和軟件包，根據工作波段不同主要分為光學輻射傳輸模型和微波輻射傳輸模型。
1 光學輻射傳輸模型
如表1 1所示，其中較著名的有DISORT[24]和Hydrolight[25]等。但其中適用于海洋–大氣耦合介質系統輻射傳輸數值計算的模型較少，較典型的是COART[26]和MOMO[27]，但它們均只考慮了標量輻射傳輸問題，而沒有開發海洋–大氣耦合矢量輻射傳輸數值計算模型。Chami等[28]以及He等[9]開發了考慮了海洋–大氣耦合輻射傳輸計算、粗糙海面影響及偏振的輻射傳輸模型。
表1 1 適用于大氣和海洋的典型光學輻射傳輸數值計算模型
2 微波輻射傳輸模型
如表1 2所示，其中比較著名的有CRTM[29]、RTTOV[16]等。但其中大部分是大氣吸收線模型，沒有考慮粗糙海洋下墊面，適用于海洋–大氣耦合介質系統輻射傳輸數值計算的模型較少。
表1 2 適用于大氣和海洋的典型微波輻射傳輸數值計算模型
1 2 海洋水色遙感大氣校正
海洋水色遙感大氣校正算法的研究和應用經歷了三個主要階段：一類水體近似大氣 校正算法、一類水體精確大氣校正算法和渾濁二類水體大氣校正算法。
第1階段主要針對NASA1978年發射的第1顆海洋水色衛星遙感器——海岸帶水色掃描儀CZCS而開發。Gordon教授及其團隊在這一階段做出了奠基性工作。1976年，Gordon利用蒙特卡羅方法研究了氣溶膠垂直分佈和水次表面反照比對大氣頂上行總輻亮度的影響[30]。1978年，Gordon提出了假設750nm波段水體完全吸收的CZCS清潔水體大氣校正算法[31]。1981年，Gordon和Clark提出了實用的CZCS大氣校正算法，該算法基於大量實測數據，發現在低葉綠素濃度時，某些波段的歸一化離水輻亮度變化很小[32]。隨後的研究進一步完善了這一算法。1987年，Gordon和Casta o研究了大氣多次散射對CZCS大氣校正算法精度的影響[33]。1989年，他們提出了一種計算氣溶膠多次散射的簡單方法[34]。1992年，Gordon和Wang研究了粗糙海面對CZCS大氣校正算法的影響[35]。
第二階段主要針對SeaWiFS、MODIS和MERIS等第二代高性能海洋水色衛星遙感器開發精確的一類水體大氣校正算法。1994年，Gordon和Wang針對SeaWiFS提出了一類水體精確大氣校正算法，這成了SeaWiFS和MODIS業務化大氣校正的標準算法[36]。此後，研究人員對該算法中的各項影響因子進行了深入研究和改進。這些研究包括：海面白沫、地球*率、波段帶外響應、O2-A帶吸收、離水輻射二向性、強吸收性氣溶膠、平流層氣溶膠、薄卷雲、衛星遙感器偏振響應等因素對大氣校正算法的影響。研究人員還提出了一些改進方法，如利用變化複折射指數和Junge粒徑譜分佈來處理強吸收性氣溶膠問題，以及更精確的氣溶膠光學特性計算方法。除了Gordon和Wang的標準算法，Antoine和Morel針對MERIS提出了一種類似的大氣校正算法，將大氣分子散射和氣溶膠散射合為一個整體進行校正[37]。Chomko和Gordon還提出了一種光譜優化的大氣校正算法，在中高氣溶膠濃度下表現較好[38]。
第三階段主要針對渾濁二類水體開發大氣校正算法。隨著SeaWiFS、MODIS、MERIS等遙感資料的業務化應用，大洋清潔一類水體大氣校正算法日趨成熟，但在近海渾濁二類水體中仍存在問題。為解決這些問題，國際上提出了多種實用的渾濁二類水體大氣校正算法。Land和Haigh提出了基於光譜匹配的二類水體大氣校正算法[39]；Schilier和Doerffer針對MERIS提出了基於神經網絡模型的二類水體大氣校正算法[40]；Siegel和Wang提出了利用葉綠素濃度進行近紅外波

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