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王靓等: 近红外比值法在对流层航空遥感数据大气水汽估算中的改良
中国科学: 技术科学 2023年 第46卷 第1期
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?中国科学?杂志社SCIENCE CHINA PRESS
大气校正的核心在于与飞行同步大气水汽信息的获取. 通过在热红外遥感器上加载-大气窗口通道(如860 nm附近)和水汽吸收通道(如940 nm附近), 可实现红外遥感数据的实时大气校正. 我国研制的红外多角度航空相机(multi-angular infrafred camera, MAIC)安装了4个谱段, 分别为B1 (~ mm), B2(~ mm), B3(~ mm)和B4(~ mm), 其中B1, B2波段能够用于估算地表到航飞高度的高分辨率水汽空间分布信息, 是提高MAIC应用潜力的重要手段. MAIC各通道光谱响应如图1所示.
大气水汽主要集中在对流层以内. 对于成像在对流层以上(10 km或更高)的航空遥感, 由于水汽含量在高层大气中极为稀少, 利用RT法估算水汽的过程与卫星遥感相似[9]. 但是为获取较高分辨率航空影像, 热红外航空遥感飞行高度一般位于2~5 km的对流层之内, 航飞高度之上的大气水汽不可忽略. 如果直接套用卫星遥感水汽估算中的RT法, 会额外引入航飞高度之上水汽吸收造成的影响, 从而高估地表到航飞高度之间的水汽, 降低大气订正精度.
RT法的核心参数为近红外波段大气窗口通道和水汽吸收通道入瞳辐亮度之比Tw, 通过建立该比值与水汽的函数关系可以估算水汽空间分布. 但是在对流层内, Tw与水汽的关系是随着航飞高度变化的. 选用1614条热力学初始分析资料(thermodynamic initialguess retrieval, TIGR)大气廓线数据, 包括陆地与海洋区域, 其中编号1~872为热带(tropical)廓线, 编号873~1260为温带(mid-lat1)廓线, 以及编号1261~1614为温带冬季与亚寒带夏季(mid-lat2)廓线. , Tw随地面到航高水汽的变化规律, 如图2所示. 当航高在5 km以上时, 航空器之上的大气水汽较为稀薄, 对太阳-地表-传感器路径上的水汽透过率奉献较小. 对于不同廓线数据, 入瞳辐亮度之比与水汽呈现良好的负相关关系, 在散点图中的分布相对平缓稳定; 当航高在5 km以下时, 入瞳辐亮度之比与水汽的负相关关系开始减弱, 且不同廓线数据散点图的变化相对剧烈. 因此, 在利用RT法从对流层(尤其是5 km以内的低空)航空遥感数据中估算水汽时, 必须针对太阳-地表-航空器的大气辐射传输路径特征进行算法修正, 以消除飞行高度变化对水汽估算精度的影响.
本文根据MAIC工程参数, 针对传统比值法在航空遥感水汽估算中的局限性, , 建立考虑航空相机飞行高度及太阳入射角的近红外两通道比值法的对流层航空遥感水汽估算改良模型, 并利用模拟数据和实际航空遥感数据, 对模型的精度进行验证分析.
王靓等: 近红外比值法在对流层航空遥感数据大气水汽估算中的改良
中国科学: 技术科学 2023年 第46卷 第1期
?中国科学?杂志社SCIENCE CHINA PRESS
中国科学: 技术科学 2023年 第46卷 第1期: 79 ~ 92
论 文
SCIENTIA SINICA Technologica
引用格式: 王靓, 赵利民, 赵艳华, 等. 近红外比值法在对流层航空遥感数据大气水汽估算中的改良. 中国科学: 技术科学, 2023, 46: 79–90
Wang L, Zhao L M, Zhao Y H, et al. Improvement of near infrared ratio method in troposphere water vapor estimation with airborne remote sensing data (in Chinese). Sci Sin Tech, 2023, 46: 79–90, doi: -00020
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王靓等: 近红外比值法在对流层航空遥感数据大气水汽估算中的改良
中国科学: 技术科学 2023年 第46卷 第1期
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