謝東海, 程天海, 吳 俁, 余 潔, 郭 紅, 鐘若飛

1.首都師范大學(xué)城市環(huán)境過程與數(shù)字模擬國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育基地，北京 100048 2.中國(guó)科學(xué)院遙感與數(shù)字地球研究所，北京 100101 3.首都師范大學(xué)三維信息獲取與應(yīng)用教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100048

耦合京津冀氣溶膠模式的HJ-1衛(wèi)星CCD數(shù)據(jù)大氣校正

謝東海1,3, 程天海2*, 吳 俁2, 余 潔1,3, 郭 紅2, 鐘若飛1,3

1.首都師范大學(xué)城市環(huán)境過程與數(shù)字模擬國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育基地，北京 100048 2.中國(guó)科學(xué)院遙感與數(shù)字地球研究所，北京 100101 3.首都師范大學(xué)三維信息獲取與應(yīng)用教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100048

針對(duì)目前HJ-1 CCD大氣校正沒有考慮中國(guó)地區(qū)氣溶膠模式的問題，提出一種耦合中國(guó)地區(qū)局部氣溶膠模式的大氣校正方法。以京津冀地區(qū)作為研究區(qū)域，該方法對(duì)地基北京城區(qū)和香河站點(diǎn)反演的氣溶膠模式參數(shù)進(jìn)行聚類，得到京津冀地區(qū)具有代表性的四類氣溶膠模式，并根據(jù)四類氣溶膠模式來建立查找表進(jìn)行氣溶膠光學(xué)厚度的反演。HJ-1 CCD數(shù)據(jù)沒有短波紅外波段(2.12 μm)，無法采用MODIS的氣溶膠算法中獲得地表反射率的方法來計(jì)算藍(lán)紅波段的反射率，本文在氣溶膠光學(xué)厚度的反演中采用HJ-1衛(wèi)星的藍(lán)色(0.43～0.52 μm)和紅色(0.63～0.69 μm)波段的反射率比值作為誤差方程的依據(jù)，不需要輸入地表目標(biāo)的反射率?；诜囱莺蟮墓鈱W(xué)厚度對(duì)HJ-1 CCD數(shù)據(jù)進(jìn)行大氣校正，并與ASD光譜輻射計(jì)測(cè)量數(shù)據(jù)以及MODIS地表產(chǎn)品數(shù)據(jù)(MOD09)進(jìn)行對(duì)比。結(jié)果表明，該方法得到的大氣校正結(jié)果與ASD測(cè)量結(jié)果接近，并與MOD09有較強(qiáng)的相關(guān)性，紅色波段的平均相關(guān)系數(shù)達(dá)到了0.8以上，受氣溶膠影響最大的藍(lán)色波段平均的相關(guān)系數(shù)也達(dá)到了0.75左右。

大氣校正； 氣溶膠； 京津冀地區(qū)； 環(huán)境一號(hào)衛(wèi)星

引 言

衛(wèi)星圖像的亮度值，不僅包括來自地表反射太陽的貢獻(xiàn)，還包括大氣中分子和氣溶膠的貢獻(xiàn)。大氣還會(huì)對(duì)地表反射的電磁波進(jìn)行散射和吸收，導(dǎo)致地表反射光線在進(jìn)入傳感器之前被衰減。根據(jù)模型的不同，大氣校正的方法可以分為三種[1]，基于圖像信息的方法，基于衛(wèi)星過境時(shí)同步觀測(cè)的地面數(shù)據(jù)的方法，基于輻射傳輸模型的方法?；趫D像信息的方法利用圖像自身的信息來進(jìn)行大氣校正，不需要知道大氣參數(shù)，是最簡(jiǎn)單的大氣校正方法，但缺點(diǎn)是校正的精度較低。代表性的方法是黑暗像元法[2-3]。基于衛(wèi)星過境時(shí)同步觀測(cè)的地面數(shù)據(jù)的方法利用野外實(shí)測(cè)的波譜信息，建立經(jīng)驗(yàn)線性方程完成大氣校正，包括比值法，不變目標(biāo)法，直方圖匹配法和經(jīng)驗(yàn)線性校正[4]。基于輻射傳輸模型的大氣校正方法首先進(jìn)行氣溶膠參數(shù)的反演，然后根據(jù)嚴(yán)格的物理模型來解算地表反射率，其校正的精度較高，能獲得地表的真實(shí)反射率(如MODIS的地表反射率產(chǎn)品MOD09)。

2008年9月6日，環(huán)境一號(hào)衛(wèi)星(代號(hào)HJ-1)一期工程“2+1”星座中的兩顆光學(xué)小衛(wèi)星(HJ-1A和HJ-1B)在太原衛(wèi)星發(fā)射中心“一箭雙星”成功發(fā)射。在經(jīng)歷了在軌測(cè)試后，2009年3月30正式交付衛(wèi)星用戶使用。環(huán)境一號(hào)衛(wèi)星是為環(huán)境監(jiān)測(cè)定做的衛(wèi)星，配備了寬覆蓋CCD相機(jī)、紅外相機(jī)、高光譜成像儀、合成孔徑雷達(dá)(SAR)等多種類型傳感器，星下點(diǎn)的分辨率為30 m，可以實(shí)現(xiàn)48 h重復(fù)觀測(cè)。其中CCD相機(jī)的有效視場(chǎng)角為31°，具有三個(gè)可見光波段，即藍(lán)波段(0.43～0.52 μm)，綠波段(0.52～0.60 μm)，紅波段(0.63～0.69 μm)和一個(gè)近紅波段(0.76～0.90 μm)。CCD相機(jī)的相對(duì)定標(biāo)精度指標(biāo)設(shè)計(jì)為5%，絕對(duì)定標(biāo)精度指標(biāo)設(shè)計(jì)為10%。

國(guó)內(nèi)學(xué)者針對(duì)HJ-1 CCD數(shù)據(jù)的大氣校正提出了多種模型和方法。王愛春[5]針對(duì)HJ-1 CCD的波段特點(diǎn)，對(duì)暗目標(biāo)法進(jìn)行了改進(jìn)，提出了利用比值植被指數(shù)(RVI)、土壤調(diào)整植被指數(shù)(SAVI)和歸一化水體指數(shù)(NDWI)的綜合分析法確定暗像元自動(dòng)提取的方法。其查找表采用MODTRAN來構(gòu)建，考慮了三種氣溶膠模式：大陸模式、城市工業(yè)模式和沙塵模式。李莘莘基于北京與珠三角地區(qū)的地物光譜試驗(yàn)，獲得暗像元的植被指數(shù)與紅藍(lán)波段反射率比值，構(gòu)建基于輻射傳輸模型的大氣校正算法。孫長(zhǎng)奎[6]提出一種基于MODIS反射率庫(kù)的大氣校正方法，還從氣溶膠光學(xué)厚度的反演精度、大氣水汽含量的變化、輻射定標(biāo)精度、海拔高度等方面對(duì)大氣校正的不確定性進(jìn)行了分析。其查找表采用6S[7]來構(gòu)建，氣溶膠模式只考慮了大陸型。方莉[8]提出一種基于純像元提取的氣溶膠光學(xué)厚度反演方法并應(yīng)用于大氣校正中，該方法的查找表采用6S來構(gòu)建。王中挺[9]采用深藍(lán)算法來反演氣溶膠光學(xué)厚度，然后對(duì)HJ-1號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)行大氣校正，并利用核驅(qū)動(dòng)模型實(shí)現(xiàn)了BRDF的校正。在誤差分析中, 研究了氣溶膠類型對(duì)大氣校正的影響，結(jié)果顯示近紅外波段的誤差較大，達(dá)到5%左右。其查找表也是用6S來建立。

目前的HJ-1 CCD數(shù)據(jù)大氣校正的方法都是基于輻射傳輸模型來實(shí)現(xiàn)的，氣溶膠光學(xué)厚度基于HJ-1衛(wèi)星CCD數(shù)據(jù)反演來獲得，反演過程都需要查找表的支持。但查找表的建立時(shí)只考慮了國(guó)外輻射傳輸軟件(MODTRAN，6S)中內(nèi)嵌的幾種通用的氣溶膠模式，沒有對(duì)中國(guó)區(qū)域的氣溶膠模式進(jìn)行定量分析。由于氣溶膠反演是大氣校正的核心，其參數(shù)的精度直接影響了大氣校正的精度。而目前基于查找表的氣溶膠反演算法[10-11, 13-14, 19]中，氣溶膠模式是影響氣溶膠光學(xué)厚度反演精度的兩個(gè)重要因素之一(另外一個(gè)因素是地表反射率)。針對(duì)目前HJ-1數(shù)據(jù)大氣校正只考慮國(guó)外通用氣溶膠模式的問題，本文提出耦合中國(guó)地區(qū)局部氣溶膠模式的大氣校正方法，并以京津冀地區(qū)為例，對(duì)地基反演的氣溶膠模式參數(shù)進(jìn)行聚類，得到待反演區(qū)域的典型氣溶膠模式并基于RT3[12]構(gòu)建查找表。以藍(lán)紅波段比值作為誤差依據(jù)，對(duì)HJ-1 CCD數(shù)據(jù)進(jìn)行氣溶膠光學(xué)厚度的反演。然后將反演結(jié)果輸入大氣校正模塊，得到地表反射率值。最后利用ASD和MODIS地表反射率產(chǎn)品來對(duì)校正結(jié)果進(jìn)行了驗(yàn)證。

1 大氣校正的原理和方法

衛(wèi)星獲得的表觀反射率來源比較復(fù)雜，既有來自地表和大氣的直接反射，也有大氣多次散射，以及目標(biāo)鄰域的間接反射等。Tanré等[13]對(duì)上述各種貢獻(xiàn)進(jìn)行抽象和綜合，得到表觀反射率的公式

(1)

(2)

(3)

(4)

2 京津冀地區(qū)氣溶膠模式分析

京津冀地區(qū)位于中國(guó)華北，包括北京、天津和河北省，是我國(guó)繼珠江三角洲和長(zhǎng)江三角洲之后又一經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的地區(qū)。該地區(qū)春季易受來自北方的沙塵影響，夏季雨水較多，秋冬干燥。北京，天津是我國(guó)直轄市，機(jī)動(dòng)車保有量達(dá)到數(shù)百萬量，河北省包含了我國(guó)重要的一些工業(yè)城市(如石家莊，唐山，保定等)。京津冀地區(qū)一年四季都會(huì)有大量來自人為活動(dòng)的氣溶膠產(chǎn)生，大氣污染較為嚴(yán)重，氣溶膠的組成復(fù)雜而且四季變化明顯。Lee等[16]通過對(duì)東亞地區(qū)20個(gè)AERONET站點(diǎn)觀測(cè)數(shù)據(jù)的分析，聚類得到6種典型的氣溶膠模式。采用類似的方法，針對(duì)研究區(qū)域的地理范圍，選取AERONET在北京城區(qū)(116.381 37°，39.976 89°)和河北香河縣(116.961 50°，39.753 60°)設(shè)立站點(diǎn)的反演數(shù)據(jù)來對(duì)氣溶膠模式進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

圖1中的填充區(qū)域?yàn)榫┙蚣降貐^(qū)，兩個(gè)三角形是本文研究使用的AERONET地基觀測(cè)站點(diǎn)，北京站點(diǎn)位于北京城區(qū)，香河站點(diǎn)位于北京和天津之間。從圖1可以看出，河北省包圍了北京和天津市，這兩個(gè)站點(diǎn)位于河北省的地理中心區(qū)域，因此可以用來反映京津冀地區(qū)的氣溶膠分布特性。統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)為2013年1月到12月的氣溶膠反演數(shù)據(jù)，反演的級(jí)別為L(zhǎng)evel 1.5，北京站點(diǎn)能進(jìn)行反演的天數(shù)為110 d，香河站點(diǎn)能進(jìn)行反演的天數(shù)為78 d。

圖1 研究區(qū)域和地基站點(diǎn)

參考Omar[17]提出的聚類方法，對(duì)北京和香河兩個(gè)站點(diǎn)的氣溶膠模式進(jìn)行自動(dòng)聚類。參與聚類的參數(shù)包括譜分布參數(shù)(6個(gè)參數(shù))，復(fù)折射指數(shù)(4個(gè)波段共8個(gè)參數(shù))，單次散射反照率(SSA)(4個(gè)波段共4個(gè)參數(shù))，不對(duì)稱因子(4個(gè)波段共4個(gè)參數(shù))，參與聚類的參數(shù)數(shù)量為22個(gè)。本文自動(dòng)聚類采用迭代自組織數(shù)據(jù)分析算法(iterative self-organizing data analysis technique algorithm，ISODATA)。ISODATA是廣泛使用的一種非監(jiān)督分類方法，通過設(shè)置的參數(shù)控制分裂與合并來自動(dòng)進(jìn)行聚類。算法中的關(guān)鍵輸入?yún)?shù)包括：初始的聚類數(shù)量(IC)，期待得到的聚類數(shù)量(EC)，最大迭代次數(shù)(MN)，每一類最少的樣本數(shù)(MS)，分裂閾值(ST)，合并閾值(MT)。根據(jù)輸入聚類算法的氣溶膠模式參數(shù)特點(diǎn)，本文ISODATA的輸入?yún)?shù)設(shè)置見表1。

表1 氣溶膠模式聚類分析的輸入?yún)?shù)

聚類時(shí)，地基數(shù)據(jù)每天的氣溶膠反演結(jié)果用一個(gè)22維的矢量來描述，不同矢量之間的距離公式采用最常用的歐式距離。

圖2為ISODATA算法自動(dòng)聚類后得到的四種氣溶膠模式體積譜分布效果圖，表2中列舉了每個(gè)類別包含的樣本的數(shù)量。

圖2 聚類后得到的京津冀地區(qū)四種氣溶膠模式

表2 自動(dòng)聚類后每類包含的樣本數(shù)量

從表2可以看出：第一類氣溶膠包括的樣本最多，即這一類氣溶膠在該地區(qū)出現(xiàn)的概率最大，其粗粒子的比例略高于細(xì)粒子。第二類氣溶膠的粗細(xì)粒子比例相當(dāng)，但是濃度都較大，意味著這類氣溶膠對(duì)應(yīng)的地基反演結(jié)果的光學(xué)厚度較大，主要來源是京津冀地區(qū)的污染天氣(比如霾)。第三類氣溶膠包括的樣本數(shù)量的比例最低，其中粗粒子的濃度要明顯高于細(xì)粒子，意味著該類氣溶膠中粗粒子占優(yōu)，主要來源于該地區(qū)的沙塵天氣。第四類氣溶膠的形狀與第一類比較相似，但粗粒子的比例要高于第一類，而且該類的粗粒子半徑是四個(gè)類別中最大的。本文將利用這四種氣溶膠類型的參數(shù)來建立查找表，并對(duì)京津冀地區(qū)的HJ-1號(hào)衛(wèi)星數(shù)據(jù)進(jìn)行大氣校正。

3 大氣校正流程

在氣溶膠模式確定后，可以利用輻射傳輸軟件來生成查找表。已有的HJ-1大氣校正算法一般基于6S[7]，但是考慮到查找表的生成效率，本文采用RT3來生成查找表。RT3內(nèi)部沒有集成氣溶膠模式，而是直接將散射相函數(shù)的勒讓德系數(shù)作為輸入。散射相函數(shù)根據(jù)粒子的形狀可以利用MIE代碼或者非球形粒子相函數(shù)解算軟件(如T-Matrix[18])來解算。RT3的優(yōu)點(diǎn)是能夠靈活的集成不同類型的氣溶膠模式，且計(jì)算速度快。查找表生成后，可以根據(jù)圖3所示的流程來實(shí)現(xiàn)大氣校正。

圖3 大氣校正流程

從圖3可以看出，基于輻射傳輸?shù)墓鈱W(xué)衛(wèi)星影像大氣校正的前提是獲取氣溶膠的模式參數(shù)以及光學(xué)參數(shù)(氣溶膠光學(xué)厚度)，這些參數(shù)可以利用氣溶膠反演來獲取。由于HJ-1衛(wèi)星缺少2.12 μm波段，不能根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式來獲得藍(lán)紅波段的地表反射率[14]，所以本文基于反射率比值[19]來建立誤差方程進(jìn)行反演。對(duì)MODIS數(shù)據(jù)進(jìn)行大氣校正并進(jìn)行大量統(tǒng)計(jì)表明，地表藍(lán)紅波段反射率的比值為0.49，而且?guī)缀醪皇苌⑸浣嵌鹊挠绊慬14-15, 20]，因此誤差方程可以寫為

(5)

該方法的優(yōu)點(diǎn)是不需要知道紅藍(lán)波段反射率的真實(shí)值，只需要知道它們之間比值即可。本文采用NDVI來判斷暗目標(biāo)，由于NDVI會(huì)受到大氣的影響，因此我們選擇晴朗天氣的數(shù)據(jù)來計(jì)算NDVI?？紤]到暗目標(biāo)在一定時(shí)間段內(nèi)不會(huì)變化(如8 d或者一個(gè)月)，本文利用HJ-1歷史數(shù)據(jù)來計(jì)算某段時(shí)間內(nèi)晴朗天氣的NDVI平均值。在對(duì)衛(wèi)星影像進(jìn)行逐點(diǎn)的大氣校正時(shí)，需要知道每個(gè)地表目標(biāo)上空的氣溶膠光學(xué)厚度。本文的氣溶膠反演算法只能反演暗目標(biāo)上空的氣溶膠光學(xué)厚度，考慮到氣溶膠在空間分布上具有一定的連續(xù)性，采用不規(guī)則點(diǎn)的插值方法來進(jìn)行插值得到連續(xù)分布的氣溶膠光學(xué)厚度。

4 結(jié)果與討論

4.1 京津冀地區(qū)大氣校正

本文選擇2010年8月16日的HJ-1衛(wèi)星數(shù)據(jù)來進(jìn)行大氣校正。為了研究京津冀地區(qū)的大氣校正效果，首先從HJ-1 CCD圖像中將京津冀地區(qū)裁剪出來。由于HJ-1衛(wèi)星的覆蓋范圍有限，一景圖像不能覆蓋京津冀地區(qū)，所以選擇連續(xù)拍攝的三景圖像來進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。氣溶膠的反演以及大氣校正分別在每景圖像中完成，然后將三景圖像拼接起來得到整體的反演和大氣校正圖。圖4是將三景影像拼接后得到的氣溶膠光學(xué)厚度，以及基于氣溶膠光學(xué)厚度進(jìn)行逐點(diǎn)大氣校正后得到的地表反射率圖。從圖4可以看出，原始的圖像由于氣體分子和氣溶膠的影響，對(duì)比度較低，而且整體偏藍(lán)。利用本文的大氣校正方法能夠較好的恢復(fù)地表的反射率信息，植被在校正后恢復(fù)為正常的顏色。

4.2 與地面測(cè)量比較

2013年7月28日，我們?cè)诒本W林匹克森林公園的南門用ASD光譜輻射計(jì)對(duì)草地和水泥地目標(biāo)進(jìn)行了測(cè)量。為了配合HJ-1衛(wèi)星過境的時(shí)間，測(cè)量時(shí)間選擇在上午10：30左右。與該天時(shí)間最接近，而且覆蓋了北京地區(qū)的HJ-1號(hào)衛(wèi)星數(shù)據(jù)是在2013年7月24日拍攝得到的。采用該天的數(shù)據(jù)來進(jìn)行大氣校正(北京地區(qū)進(jìn)行大氣校正后的效果見圖5)，然后選取相同位置的數(shù)據(jù)來與ASD光譜輻射計(jì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。

圖4 拼接后的大氣校正效果圖

圖5 北京地區(qū)大氣校正效果圖(2013.7.24)

圖6中的藍(lán)色曲線是ASD光譜輻射計(jì)測(cè)量的結(jié)果，圓點(diǎn)是HJ-1 CCD大氣校正后的反射率。橫坐標(biāo)為波長(zhǎng)，ASD測(cè)量的范圍為350～2 500 nm，考慮到HJ-1 CCD相機(jī)只有四個(gè)波段，圖中截取了350～1 000 nm的范圍來顯示。從圖6可以看出，HJ-1號(hào)衛(wèi)星的四個(gè)波段大氣校正后的反射率數(shù)據(jù)與ASD觀測(cè)的結(jié)果接近。

4.3 與MODIS地表反射率產(chǎn)品進(jìn)行對(duì)比

選擇2010年8月16日，9月30日和10月29日的HJ-1衛(wèi)星大氣校正后的反射率數(shù)據(jù)來與MODIS地表反射率產(chǎn)品進(jìn)行對(duì)比。MODIS根據(jù)8天數(shù)據(jù)來進(jìn)行大氣校正后得到了地表反射率產(chǎn)品(MOD09)，其中500 m的產(chǎn)品中包括了前7個(gè)波段。京津冀地區(qū)的MOD09(500 m)的效果見圖7(a)。

為了方便進(jìn)行對(duì)比，將HJ-1的大氣校正數(shù)據(jù)的分辨率從30 m降低到500 m。對(duì)比前首先進(jìn)行云檢測(cè)，方法是如果藍(lán)，綠，紅三個(gè)波段反射率都大于0.2，就識(shí)別為云。圖7為2010年8月16日的環(huán)境衛(wèi)星大氣校正后的反射率圖像[圖7(b)]與對(duì)應(yīng)的MOD09產(chǎn)品[圖7(a)]的對(duì)比圖，其余兩天的數(shù)據(jù)也采用相同的方法來進(jìn)行處理。

圖6 HJ-1衛(wèi)星影像大氣校正結(jié)果與ASD測(cè)量結(jié)果對(duì)比

圖7 2010.8.16京津冀地區(qū)MODIS與HJ-1衛(wèi)星反射率對(duì)比圖

圖8為本文大氣校正后的HJ-1可見光數(shù)據(jù)與對(duì)應(yīng)的MOD09數(shù)據(jù)的相關(guān)性分析結(jié)果。根據(jù)計(jì)算的相關(guān)系數(shù)可以看出，紅波段的大氣校正后的反射率與MOD09的相關(guān)性整體比較高，三天的數(shù)據(jù)都達(dá)到了0.8以上。藍(lán)色波段大氣校正后的反射率與MOD09的相關(guān)性整體最低，三天平均后為0.75左右。綠色波段的相關(guān)性在2010年8月16日和9月30日都位于藍(lán)紅波段之間，但是10月29日的相關(guān)性最高，達(dá)到了0.893。紅波段大氣校正效果較好的原因是該波段的氣溶膠光學(xué)厚度較低，大氣影響較小。而藍(lán)色波段的氣溶膠光學(xué)厚度最高，因此相比紅色波段，藍(lán)色波段光學(xué)厚度的反演精度對(duì)大氣校正的影響較大。MODIS數(shù)據(jù)的質(zhì)量較高，其產(chǎn)品在定量遙感領(lǐng)域也被廣泛使用。本文提出的大氣校正算法與MOD09數(shù)據(jù)能夠達(dá)到較高的相關(guān)性，證明了本文算法的有效性。

圖8 HJ-1與MOD09京津冀地區(qū)地表反射率對(duì)比散點(diǎn)圖, r為相關(guān)系數(shù)

5 結(jié) 論

在對(duì)京津冀地區(qū)的氣溶膠模式進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，提出了一種耦合局部氣溶膠模式的HJ-1衛(wèi)星大氣校正方法，并利用地面ASD測(cè)量數(shù)據(jù)和MOD09數(shù)據(jù)對(duì)校正結(jié)果進(jìn)行了初步的驗(yàn)證。在基于查找表的氣溶膠光學(xué)厚度反演算法中，氣溶膠模式會(huì)影響到氣溶膠光學(xué)厚度反演的精度。通過對(duì)地基反演數(shù)據(jù)的分析而獲得的氣溶膠模式參數(shù)更接近實(shí)際的氣溶膠分布，驗(yàn)證分析表明，將局部氣溶膠模式與輻射傳輸進(jìn)行耦合后對(duì)HJ-1衛(wèi)星數(shù)據(jù)進(jìn)行大氣校正，能得到較好的校正效果。后續(xù)的研究中，需要對(duì)算法繼續(xù)進(jìn)行改進(jìn)。具體包括：采用更長(zhǎng)時(shí)間序列的地基數(shù)據(jù)來對(duì)氣溶膠模式進(jìn)行分析，以得到更準(zhǔn)確的氣溶膠模式參數(shù)； 利用大量的數(shù)據(jù)來進(jìn)行光學(xué)厚度的反演，然后與地基數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，對(duì)氣溶膠光學(xué)厚度的精度進(jìn)行分析； 利用模擬數(shù)據(jù)來定量分析氣溶膠模式對(duì)大氣校正的精度影響。

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*Corresponding author

(Received Dec.30, 2014; accepted Mar.6, 2015)

Atmospheric Correction for HJ-1 CCD Data Coupling with Aerosol Models of Beijing-Tianjin-Hebei Region

XIE Dong-hai1, 3, CHEN Tian-hai2*, WU Yu2, YU Jie1, 3, GUO Hong2, ZHONG Ruo-fei1, 3

1.State Key Laboratory Incubation Base of Urban Environmental Processes and Digital Simulation, Capital Normal University, Beijing 100048, 2.State Key Laboratory of Remote Sensing Science, Jointly Sponsored by the Institute of Remote Sensing Applications of Chinese Academy of Sciences and Beijing Normal University, Beijing 100101, 3.Beijing Key Laboratory of Resource Environment and Geographic Information System, Capital Normal University, Beijing 100048, China

Current atmospheric correction of HJ-1 CCD does not take the aerosol models of Chinese specific regions into consideration.This paper proposes a method of atmospheric correction coupling local aerosol models.Choosing Beijing-Tianjin-Hebei region as the study area, aerosol model parameters of the method on the foundation of AERONET inversion are analyzed and four types of aerosol model parameters of Beijing-Tianjin- Hebei regions are clustered to build the lookup table for the inversion of aerosol optical thickness.Lack of SWIR (2.12 μm) in the bands of HJ-1 CCD , the blue(0.43～0.52 μm) and red(0.63～0.69 μm) cannot be calculated like the MODIS.So the ratio of blue and red is used as the basis of error equation for aerosol optical depth retrieval, with no need of ground target reflectance.HJ-1 CCD data after atmospheric correction are compared with MODIS surface product data (MOD09) and ASD measurements.The results show that the reflectance obtained by the atmospheric correction is close to the ASD measurement results, and there is a strong correlation with MOD09, the average correlation coefficient in the red band reached more than 0.8, the one of blue band affected by molecule mostly is up to 0.75.

Atmospheric correction; Aerosol; Beijing-Tianjin-Hebei region; HJ-1 satellite

2014-12-30，

2015-03-06

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41401386)資助

謝東海，1978年生，首都師范大學(xué)資源環(huán)境與旅游學(xué)院講師 e-mail: xdhbj@126.com *通訊聯(lián)系人 e-mail: cthy@irsa.ac.cn

P407.6

A

10.3964/j.issn.1000-0593(2016)05-1284-07