遥感影像大气校正一:6S模型使用

6S介绍

1986年，法国里尔科技大学大气光学实验室Tanré等人为了简化大气辐射传输方程，开发了太阳光谱波段卫星信号模拟程序5S（SIMULATION OF THE SATELLITE SIGNAL IN THE SOLAR SPECTRUM），用来模拟地气系统中太阳辐射的传输过程并计算卫星入瞳处辐射亮度。

1997年，Eric Vemote对5S进行了改进，发展到6S（SECOND SIMULATION OF THE SATELLITE SIGNAL IN THE SOLAR SPECTRUM）,6S吸收了最新的散射计算方法，使太阳光谱波段的散射计算精度比5S有所提高。

本文以GF1-PMS第一波段为例介绍6s模型使用（使用版本6Sv2.1）。

6S输入参数介绍

第一个参数：卫星的几何条件(Geometrical conditions):

0-7中的数字

0.use definition(用户自定义）；1.meteosat observation ； 2.goes east observation ； 3.goes west ；4.avhrr ( PM noaa ) ； 5.avhrr ( AM noaa ) ； 6.hrv( spot ) ； 7.tm( landsat )

输入0的话下一个参数要指定观测几何条件，其他1-7为内置的已经配置好的观测条件。

这里选择0！

第二个参数：输入时间和位置（根据第一个参数确定输入内容）：

几何条件	类型	输入对应时间，角度
0	无	输入:qs(太阳天顶角), fs(太阳方位角), qv(卫星天顶角), fv(卫星方位角), Month(月), Day(日)
1	meteosat observation （气象卫星观测）	输入: Month, Day, Hour, Nb. cols, Nb. rows month,day,decimal hour(universal time-hh.ddd) n. of column,n. of line.(full scale 50002500)*
2	goes east observation（GOES（东）卫星）	输入: Month, Day, Hour, Nb. cols, Nb. rows month,day,decimal hour (universal time-hh.ddd) n. of column,n. of line.(full scale 17000*12000)c
3	goes east observation（GOES（西）卫星））	输入: Month, Day, Hour, Nb. cols, Nb. rows month,day,decimal hour (universal time-hh.ddd) n. of column,n. of line.(full scale 1700012000)*
4	avhrr ( PM noaa ) （下午NOAA卫星）	输入: Month, Day, Hour, Nb. cols, Nb. rows month,day,decimal hour (universal time-hh.ddd) n. of column(1-2048),xlonan,hna give long.(xlonan) and overpass hour (hna) at the ascendant node at equator
5	avhrr ( AM noaa ) （上午NOAA卫星）	输入:Month, Day, Hour, Nb. cols, Long A.N., Hour A.N. month,day,decimal hour (universal time-hh.ddd) n. of column(1-2048),xlonan,hna give long.(xlonan) and overpass hour (hna) at the ascendant node at equator
6	hrv ( spot )	输入: Month, Day, Hour, Long, Lat
7	tm ( landsat )	输入: Month, Day, Hour, Long, Lat

这里输入：60 150 2 0 11 27

第三个参数：输入大气的模型( Atmospheric model )：

模型代号	含义
0	无气体的吸收(no gaseous absorption)
1	热带的(Tropical)
2	中纬度夏季(midlatitude summer)
3	中纬度冬季(midlatitude winter )
4	亚北极夏季(subarctic summer)
5	亚北极(subarctic winter)
6	北美标准（us standard 62 ）
7	用户定义大气廓线（34层无线电探空数据）包括：高度（km ）气压( mb ) 温度( k ) 水汽密度( g/m3) 臭氧密度(g/m3) 输入: 共34行,每行为: altitude pressure temperature h2o o3 单位: altitude ( in km ) pressure(in mb ) temperature ( in k ) h2o density(in g/m3) o3 density (in g/m3) for example, altitudes are from 0 to 25km step of 1km from 25 to 50km step of 5km and two values at 70km and 100km so you have 34*5 values to input.
8	用户自定义输入水汽和臭氧总含量输入: uw (in g/cm2 ) uo3 (in cm-atm) water vapor and ozone contents
9	读入无线电探空数据文件

这里输入 3

第四个参数：输入气溶胶模型（Aerosols model）：

模型代号	含义
0	无气溶胶（no aerosols ）
1	大陆模型(continental model)
2	海洋模型（maritime model）
3	城市模型(urban model)
4	用户模型(using basic components) 下一行输入以下四种粒子所占体积百分比（0-1） c(1) ：灰尘 c(2) ：水溶型 c(3) ：海洋型 c(4) ：烟灰如：0.25 0.25 0.25 0.25
5	沙漠模型(Desertic Model)
6	生物圈模型(biomass Model)
7	同温层模型(stratospheric model)
8	用户模型(size distribution) 多峰对数正态分布
9	用户模型(size distribution) 改进的gamma分布
10	用户模型(size distribution) Junge幂指数律分布
11	用户模型(size distribution) 按太阳光度计测量结果定义气溶胶模型需要输入参数有：粒子半径（µm）粒径分布（d V / d (logr)，cm3/cm2/micron）和复折射指数的实部和虚部谱
12	用户模型(size distribution) 利用事先计算的结果给出文件名

这里输入 1

第五个参数：气溶胶含量参数（concentration）：

在集合{-1,0,>0的正值}中选一个值：

如果输入-1代表没有气溶胶；

如果输入>0的正数，代表气溶胶能见度（公里，必须大于5）；

如果输入0需要在下一行输入550纳米气溶胶光学厚度。

这里输入：0

0.145

第六个参数：目标高度参数（altitude of target）：

xps >=0：目标在海平面高度

xps < 0：绝对值代表目标高度（公里）

这里输入 0

第七个参数：传感器高度参数（sensor altitude）：

xpp= -1000：卫星观测

xpp= 0：地面观测

-100< xpp <0：飞机观测，绝对值代表飞机相对于目标的高度（公里）

对于飞机观测，必须输入飞机和地面之间的水汽，臭氧含量和550纳米气溶胶光学厚度，如无数据则输入负值，水汽和臭氧根据62年美国标准大气内差，气溶胶则根据2公里指数廓线计算，如：

-3.3（飞机观测）

-1.5 -0.35（水汽和臭氧含量）

0.25（气溶胶光学厚度）

这里我们输入 -1000

第八个参数：光谱参数（spectral conditions）：

可以从以下数字中选择：

模型代号	含义
-2	用户自定义
-1	用户自定义
0	用户自定义
1	用户自定义

-2：用户输入光谱范围的下限和上限（微米），滤光片函数为1，输出文件中给出单色结果。

-1：单色计算，用户给出单色波长（微米）

0：用户输入光谱范围的下限和上限（微米），滤光片函数为1

1：用户输入光谱范围的下限和上限（微米）并输入滤光片函数（间隔为0.0025微米。

注意：因为国产卫星的光谱参数没有被内置在代码里，所以这里需要我们自定义，一般是指定光谱范围然后下一行输入光谱响应值，间隔为0.0025微米，同时一定要注意，第二行输入的响应值个数（b-a）微米/4+1个，多一个或者少一个都不行！！！！！！

这里输入（3行）：

        1
        0.450000 0.520000
     0.020823 0.061016 0.085883 0.203136 0.302934 0.315089 0.439565 0.531091 0.579737 0.675640 0.725676 0.747863 0.798039 0.835303 0.855022 0.883200 0.911129 0.936508 0.963268 0.986688 0.997939 0.997788 0.980309 0.916002 0.781131 0.593427 0.400828 0.250990 0.151027
如果选择2-70，代表下列卫星通道：

2	vis bandof meteosat ( 0.350-1.110 )
3	vis bandof goes east ( 0.490-0.900 )
4	vis bandof goes west ( 0.490-0.900 )
5	1st bandof avhrr(noaa6) ( 0.550-0.750 )
6	2nd " ( 0.690-1.120 )
7	1st bandof avhrr(noaa7) ( 0.500-0.800 )
8	2nd " ( 0.640-1.170 )
9	1st bandof avhrr(noaa8) ( 0.540-1.010 )
10	2nd " ( 0.680-1.120 )
11	1st band of avhrr(noaa9)( 0.530-0.810 )
12	2nd " ( 0.680-1.170 )
13	1st band of avhrr(noaa10) ( 0.530-0.780 )
14	2nd " ( 0.600-1.190 )
15	1st band of avhrr(noaa11)( 0.540-0.820 )
16	2nd " ( 0.600-1.120 )
17	1st band of hrv1(spot1) ( 0.470-0.650 )
18	2nd " ( 0.600-0.720 )
19	3rd " ( 0.730-0.930 )
20	pan " ( 0.470-0.790 )
21	1st band of hrv2(spot1) ( 0.470-0.650 )
22	2nd " ( 0.590-0.730 )
23	3rd " ( 0.740-0.940 )
24	pan " ( 0.470-0.790 )
25	1st band of tm(landsat5)( 0.430-0.560 )
26	2nd " ( 0.500-0.650 )
27	3rd " ( 0.580-0.740 )
28	4th " ( 0.730-0.950 )
29	5th " ( 1.5025-1.890 )
30	7th " ( 1.950-2.410 )
31	1st band of mss(landsat5)(0.475-0.640 )
32	2nd " ( 0.580-0.750 )
33	3rd " ( 0.655-0.855 )
34	4th " ( 0.785-1.100 )
35	1st band of MAS(ER2) ( 0.5025-0.5875)
36	2nd " ( 0.6075-0.7000)
37	3rd " ( 0.8300-0.9125)
38	4th " ( 0.9000-0.9975)
39	5th " ( 1.8200-1.9575)
40	6th " ( 2.0950-2.1925)
41	7th " ( 3.5800-3.8700)
42	MODIS band 1 ( 0.6100-0.6850)
43	MODIS band 2 ( 0.8200-0.9025)
44	MODIS band 3 ( 0.4500-0.4825)
45	MODIS band 4 ( 0.5400-0.5700)
46	MODIS band 5 ( 1.2150-1.2700)
47	MODIS band 6 ( 1.6000-1.6650)
48	MODIS band 7 ( 2.0575-2.1825)
49	1st band of avhrr(noaa12) ( 0.500-1.000 )
50	2nd " ( 0.650-1.120 )
51	1st band of avhrr(noaa14) ( 0.500-1.110 )
52	2nd " ( 0.680-1.100 )
53	POLDER band1 ( 0.4125-0.4775)
54	POLDER band2 (non polar( 0.4100-0.5225)
55	POLDER band3 (non polar( 0.5325-0.5950)
56	POLDER band4 P1 ( 0.6300-0.7025)
57	POLDER band5 (non polar( 0.7450-0.7800)
58	POLDER band6 (non polar( 0.7000-0.8300)
59	POLDER band7 P1 ( 0.8100-0.9200)
60	POLDER band8 (non polar( 0.8650-0.9400)
61	ETM+1
62	ETM+2
63	ETM+3
64	ETM+4
65	ETM+5
66	ETM+7
67	ETM+8

这里其实也可以修改6s源码，直接将国产卫星光谱值写入到代码中，可参考基于6S模型的国产卫星数据大气校正_hj卫星6s大气校正-CSDN博客

第九个参数：输入地表是否均匀(HOMOGENEOUS CASE)：

0代表均匀，1代表不均匀

当输入0：下一行输入是否直接影响（0代表无方向效应，1代表有方向效应）：

当输入0：则无方向效应，则输入然后输入地面反射类型GROUND REFLECTANCE：

-1	用户定义
0	用户定义
1	VEGETA
2	CLEARW
3	SAND
4	LAKEW

当输入-1：输入ro（暂不明确具体含义）

当输入0：输入ro [组]：by step of 0.0025 micron （暂不明确具体含义）

当输入1：则代表有方向效应，则输入BRDF模型代号：（暂不明确具体含义）

模型代号	含义
0	in-situ measurements
1	Hapke's model
2	Verstraete's model
3	Roujean's model
4	Walthall's model
5	Minnaert's Model
6	Ocean model
7	Iaquinta & Pinty's model
8	Rahman's model
9	Kuusk's model

这里输入：

0
0
1

第十个参数：激活大气订正方式：

如果输入＜-1的数，代表不激活大气校正

如果输入>0,反演地面反射率，反演出的地面反射率满足大气层顶的辐射亮度=rapp（w/m2/str/mic）

如果输入-1到0，反演地面反射率，反演出的地面反射率满足表观反射率；

这里输入：

1
-0.1（这个值对最后的系数没啥影响，在范围内即可）

第十一个参数：地面未极化：

这个参数未找到具体含义，按照默认参数4输入。

输入参数汇总：

0
60 150 2 0 11 27
3
1
0
0.145
0
-1000
1
0.450000 0.520000
0.020823 0.061016 0.085883 0.203136 0.302934 0.315089 0.439565 0.531091 0.579737 0.675640 0.725676 0.747863 0.798039 0.835303 0.855022 0.883200 0.911129 0.936508 0.963268 0.986688 0.997939 0.997788 0.980309 0.916002 0.781131 0.593427 0.400828 0.250990 0.151027
0
0
1
1
-0.5
4