台湾海峡MERIS数据大气校正研究

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1、http://www.paper.edu.cn1台湾海峡MERIS数据大气校正研究陈芸芝，汪小钦，高中灵福州大学福建省空间信息工程研究中心，福州大学空间挖掘和信息共享教育部重点实验室，福建福州（350002）E-mail：chenyunzhi@fzu.edu.cn摘要：MERIS（MediumResolutionImagingSpectrometer，中等分辨率成像光谱仪）数据是新型的水色卫星遥感数据，本文针对MERIS数据特点，以台湾海峡为研究区域，开展MERIS数据大气校正的研究。针对台湾海峡水体特征为清洁到轻度浑浊，提出了一种利用e指数外

2、推进行清洁水体气溶胶计算和利用神经网络计算二类水体离水辐射率相结合的方法。该方法有效地集成了一类水体和二类水体大气校正的方法，较好地解决了台湾海峡水域大气校正问题，将促进MERIS这一新型数据在水色遥感方面的应用。关键词:MERIS数据，大气校正，台湾海峡0引言MERIS是欧空局2002年3月1日发射的环境遥感卫星（ENVISAT）上搭载的一种传感器，主要用于海洋和海岸带的水色监测。MERIS传感器在可见至近红外光谱范围内（390nm~1040nm）设置15个波段，带宽在3.75-20nm之间，在可见光波段平均带宽为10nm。针对悬浮泥沙监测，

3、增设了620nm波段，而叶绿素荧光峰波段的设置也更为合理。其数据量化级数达到16bit，并具有不同的分辨率模式以适应不同的应用需求，如高分辨率模式（300×300m）可用于海岸带研究，低分辨率模式（1200×1200m）可用于大范围的海洋监测。MERIS用于大气校正的两个波段为12和13波段，中心波长分别为778.75nm（带宽15nm）、865nm（带宽20nm），不仅有效避开水汽和氧气的吸收带，而且能较大程度提高大气校正的[1]精度。有关MERIS的具体参数设置可参见其产品手册。与之前常用的SeaWiFS和MODIS数据相比，MERIS在光

4、谱分辨率、辐射分辨率及空间分辨率均有较大的提高。MERIS将成为开展水色遥感尤其是二类水体的又一重要数据源。水色传感器接收到的总辐射中大气信号约占90％，而能够反映水体生物光学特性的水体信号仅占5~15%，因此，对于水色遥感数据的应用，大气校正是一个很重要的前提。在[2]ENVISAT发射之前，Moore,G..F.etal就利用CASI（CompactAirborneSpectrographicImager）数据来模拟MERIS数据，开展MERIS数据二类水体大气校正及悬浮泥沙浓度提取的[3]算法研究。而SchroederTh.etal则将神

5、经网络算法应用到MERIS数据大气校正及悬浮泥沙提取过程，其开发的算法目前可以插件形式集成到MERIS数据专用软件BEAM中，这些研究为推广MERIS数据的应用研究奠定很好的基础。但在中国，水色遥感数据大气校正的应用研究主要围绕MERIS之前的数据源例如MODIS、SeaWiFS等展开，大气校正尤其是二类水体[4,5]大气校主要围绕珠江口、长江口、黄渤海域等区域开展对台湾海峡的研究及监测较少。由于中国海区水体的复杂性，其它海区的算法很难推广到台湾海峡区域。台湾海峡对于中国，具有重要的政治、经济和军事意义，台湾海峡环境监测一直深受重视，本文从台湾

6、海峡水域特点，利用最新的水色遥感数据MERISL1B的数据，展开其大气校正的算法研究，为利用MERIS数据开展水质遥感监测奠定基础。1本课题得到863计划（2004AA639800）项目的资助。-1-http://www.paper.edu.cn1MERIS数据大气校正原理[4]到达卫星水色扫描仪的总辐射量，即大气顶辐射值Lt可由（1）式表示：L=L+L+L+TL+tL+tL+L(1)traragwwcb其中，Lr为大气分子的Rayleigh散射，La为气溶胶散射，Lra为分子与气溶胶之间的相互作用，Lg为太阳耀斑的贡献，MERIS由于没有设计

7、传感器倾角，必须计算这部分的贡献，T为光束直射透过率，Lw为离水辐射值，t为大气漫射透过率，Lwc为白帽的贡献，Lwc由于贡献值不大，计算方面又存在一定的困难，忽略不计。Lb海底的反射辐射率，光线通常不能到达海底，因此Lb忽略不计。经过上述分析，可以确定MERIS大气校正的公式如（2）：L−L−L−L−TLtraragL=（2）wt由于在水体-生物光学模型中更常用到的是反射率而不是辐射率，可以利用式（3）进行两者的转换：ρ()λ,θ,θ,∆φ=πL(λ,θ,θ,∆φ)/F(λ)µ（3）svsv0s其中，F0(λ)为大气圈外太阳光中波长为的光通量

8、，μs＝cosθs，θs为太阳天顶角。2MERIS数据预处理本次研究所用的数据是2004年7月11日获取的台湾海峡区域的MERISL1B数据，经过地理