山西汾阳天气预报一周:FLAASH大气校正模块

（1）FLAASH模块简介FLAASH是由世界一流的光学成像研究所－波谱科学研究所（Spectral Sciences）在美国空气动力实验室支持下开发的大气校正模块。波谱科学研究所在1989年大气辐射传输模型开发初期就广泛从事MODTRAN的研究工作，已成为大气辐射传输模型开发过程中不可缺少的一员。FLAASH适用于高光谱遥感数据（如HyMap，AVIRIS，HYIDCE，HYPERION，Probe-1，CASI和AISA）和多光谱遥感数据（如陆地资源卫星，SPOT，IRS和ASTER）的大气校正。当遥感数据中包含合适的波段时，用FLAASH还可以反演水气、气溶胶等参数。ENVI中大气校正模型FLAASH，是高光谱辐射能量影像反射率反演的首选大气校正模型。FLAASH能够精确补偿大气影响，其适用的波长范围包括可见光至近红外及短波红外，最大波长为3μm。其它的大气校正模型是计算方法基于查找表（Look-up Table）、利用插值方法计算，而FLAASH是直接移植了modtran4中的辐射传输计算方法。我们可以选取代表研究区的大气模型和气溶胶类型。FLAASH模型中输入的图像必须是经过辐射定标后的辐射亮度图像，格式为BIL或BIP,数据类型为floating-point，4-byte signed integers，2-byte signed integers，或2-byte unsigned integers，为了能进行大气反演，图像至少包括下面三个范围区间内的15nm分辨率甚至更高的波段，即1050-1210nm，770-870 nm，870-1020nm。对于已有传感器类型的高光谱遥感图像来说，图像头文件中必须包含波长和波谱带宽（FWHM）。对于已知的多光谱传感器来说，仅仅需要波长，而未知的多光谱传感器类型，则要求知道波谱响应函数，如论文中ALI数据校正就需要输入波谱响应函数。（2）FLAASH模块参数设置①尺度转换因子的计算FLAASH模块中，在输入辐射能量数据时，同时要求输入尺度转换因子。尺度因子有两种输入方式A:当各波段尺度转换因子不同时，选择每一种的输入方式，可事先把尺度因子输入到记事本文件中，然后，从记事本文件中直接读取；B：当尺度转换因子相同时，选择第二种输入方式。由于模块中要求辐射能量的量纲是µW/（cm²·nm·sr）,而经辐射定标AVIRIS数据的量纲为µW/(cm²·nm·sr)，所以后者还需通过换算关系式1µW/（cm²·nm·sr）=0.001mW/(cm²·nm·sr)进行量纲转换。因此，利用FLAASH模块校正AVIRIS数据时，其尺度转换因子为0.001。对其它类型遥感数据大气校正时，可以参照上述方法计算相应的尺度转换因子。判断尺度因子设置正确与否的方法是依据图像的数据统计特征，即当统计数据没有负值和大于1×放大系数的数值，则可以认为尺度转换因子设置正确。

②FLAASH其它参数的设置

A：图像中心点坐标:可以从相应的HDF文件中找到，也可以从屏幕上直接读取影像的中心坐标，对反演结果影响不大。当影像位于西半球时，经度为负值。B：传感器类型:当选择传感器类型时，模块会选择相应类型的传感器波段响应函数，同时系统一般会自动设置传感器的高度和图像的空间分辨率。若没有相应类型的传感器，则一些参数需要额外设置，如下文中ALI数据的校正。C：海拔高度:海拔高度为研究区的平均海拔。D：数据获取日期和卫星过境时间:卫星过境时间为格林尼治时间，可以从相应的HDF文件中找到。E：大气模型:为了获取校正的最佳质量，选择一个合适的大气校正模型至关重要。模块提供热带、中纬度夏季、中纬度冬季、极地夏季、极地冬季和美国标准大气模型，每个模块的大气水汽含量标准如表1，如果没有获取大气水汽含量，也可以通过地表大气温度来确定相应的模型，因为一定的温度和一定的大气水汽含量相关。如果地表大气温度也不知道，那么可以通过数据获取时间和地点选择相应的大气模型（表2）。表1 MODTRAN模型中的水汽含量与地面大气温度（引自ENVI帮助） 大气模型 水汽含量 (std atm-cm) 水汽含量 (g/cm2) 地表大气温度 极地冬季(SAW) 518 0.42 -16°C or 3°F 中纬度冬季(MLW) 1060 0.85 -1°C or 30°F 美国标准 (US) 1762 1.42 15°C or 59° 极地夏季(SAS) 2589 2.08 14°C or 57° 中纬度夏季(MLS) 3636 2.92 21°C or 70° 热带(T) 5119 4.11 27°C or 80°

表2 基于纬度和季节的MODTRAN大气模型查找表（引自ENVI帮助）

纬度(度) 1月 3月 5月 7月 9月 11月
80 SAW SAW SAW MLW MLW SAW
70 SAW SAW MLW MLW MLW SAW

60 MLW MLW MLW SAS SAS MLW
50 MLW MLW SAS SAS SAS SAS
40 SAS SAS SAS MLS MLS SAS
30 MLS MLS MLS T T MLS
20 T T T T T T

10 T T T T T T
-10 T T T T T T
-20 T T T MLS MLS T
-30 MLS MLS MLS MLS MLS MLS
-40 SAS SAS SAS SAS SAS SAS
-50 SAS SAS SAS MLW MLW SAS
-60 MLW MLW MLW MLW MLW MLW
-70 MLW MLW MLW MLW MLW MLW
-80 MLW MLW MLW SAW MLW MLW

F：水气反演

ENVI软件提供了三个波段区间以供选择，分别为1050-1210nm(选项1135nm)、870-1020nm(选项940nm)、770-870nm(选项820nm)。G：气溶胶模型可供选择的气溶胶模型有无气溶胶、城市气溶胶、乡村气溶胶、海洋气溶胶和对流层气溶胶模型。当天气晴朗时，能见度一般为40－100公里，轻微雾气时能见度为20-30公里，雾气严重时，能见度为15公里甚至更少。在高级设置中，①Modtran分辨率（Modtran resolution）：一般设置成5cm-1；②反射率输出时的尺度系数，默认尺度系数是10000，可以使用默认的尺度系数。若使用默认的尺度系数，大气校正后得到反射率图像的数值域为：0-10000。其余参数使用默认值。具体见表3。

表3 研究区AVIRIS数据FLAASH模型校正的相关参数

图像中心点 坐标 －117°2′51.80″ 37°2′28.44″ 传感器类型 AVIRIS 水气反演 1135nm 平均海拔高度 1.55KM 气溶胶模型 rural 传感器高度 21.032KM 能见度 40KM 卫星过境时间 1996年6月19 19:47:18 大气模型 Mid-latitude sµmmer

 

ＦＬＡＡＳＨ大气纠正的一些参数心得

一．高级设置里的选项：
1．Aerosol Scale Height
大气溶胶高度，用来计算邻近效应的范围，1-2km
2．CO2 Mixing Ratio (ppm) 2001年前是370ppm。2001年以后是390ppm。
3．Use Square Slit Function（是否使用平方函数进行邻近像元亮度的均匀）一般选择no
4．Use Adjacency Correction（进行邻近效应校正）
5．Reuse MODTRAN Calculations使用以前的MODTRAN模型计算结果
6．Modtran Resolution设置MODTRAN模型的光谱分辨率（推荐值5 cm-1) 分辨率高速度慢精度高，分辨率低，速度快，但是精度差。
7．Modtran Multiscatter Model 计算散射模型的选择。DISORT提供更加准确的计算结果(主要针对波长小于1000nm的)，花费的时间比较长。选择Isaacs模型，速度快但是精度较低，一般不用。Scaled DISORT计算的精度接近于DISORT，同时处理速度也大大提高了接近于Isaacs，一般分流的次数最少选取8，对于DISORT来说，随着分流次数的增加，纠正的时间就越长，但是对于Scaled DISORT来说，分流次数的增加基本对时间没多大影响。一般没必要为了追求那么一点精度而浪费太多时间去选择DISORT模型。
8．Setting Viewing Geometry Parameters：Zenith Angle（天顶角）在星下点观测时是180°，也就是说从传感器到地面的视线和天顶方向的夹角，其值介于-180°——+180°。Azimuth Angle卫星方位角，就是从我们的角度看传感器的视线与真北方向的夹角。天顶角\方位角（针对非星下点传感器）
二．Setting FLAASH Processing Controls
9．Use Tiled Processing
就是在大气纠正时是把图像分为很多小块进行的，然后再组合在一起的，（这样做的目的是为了使大气校正进行的更快一些，为了使他可以保证占用内存进行计算。）一般碎片大小默认为100Mb，但是推荐值为内存的75%，那样可以使纠正更快的进行。
三．Multispectral Settings（多光谱的设置）
如果导入的遥感图像是来自未定义的传感器，那么最后要导入光谱响应函数。如果大气纠正的模板是由以前校正过的模板导入的，那么在设置水汽去除模型和气溶胶检索所需波段时就需要从原来的模板中获取信息来设置。（The channel definitions are used to assign bands from the input file for use in the water and aerosol retrieval process. If a FLAASH template file was restored before opening the Multispectral Settings dialog, then the channel definitions are set according to the information saved in the template file），如果是已定义的传感器并且用现在的纠正模型纠正，那么可以选择水汽去除模型和气溶胶检索的波段，都列在了下拉列表中。
1．File
从文件中选择，这个文件是定义的波谱通道。文件格式见下：
The channel definition file follows a simple format where each line contains one channel definition in the form:
channel_type = band_number The valid channel_types are listed below, and must be included in the file verbatim:
water channels reference water channels absorption cirrus channel KT upper channels KT lower channels KT band cutoff KT band ratio The first band in the file is referred to as band number 1. If more than one band is appropriate for a channel_type, the bands should be enclosed in curly brackets {} and separated with white space. Comments can be included as long as they are preceded with a semi-colon character. You only need to include channel definitions for those processing steps that are being requested. For example, a channel definition file for applying FLAASH to Landsat TM with aerosol retrieval but a fixed water vapor amount could include the following text:
; FLAASH channel definition for Landsat TM KT upper channels = 6 KT lower channels = 3 FLAASH produces a channel definition file for each processing run (both multispectral and hyperspectral). The file, named rootname_channel_definition.txt, is saved when the Output Diagnostic Files option is set to Yes in the FLAASH Advanced Settings dialog.
2．GUI：从图形界面选择一些通道参数（主要是用来设置水汽纠正的波段和气溶胶解算的波段）

原文有图

以上是用于水汽去除和气溶胶检索模型的所需求的波段。
3．Filter Function File，是滤波函数的选择，如果导入的图像是未定义的传感器，那么就需要导入滤波函数，相当于给出一个光谱响应的模型。因为光谱响应必须要一个模型来支撑。如果是已知的传感器类型，那么这个函数会自动导入。
4．Index to first band，就是滤波函数从哪个波段开始起作用，未定义的需自己选择。已定义的系统会自动给出。
特别注意：在使用ＡＳＴＥＲ数据时，虽然包含了６６０ｎｍ和２１００ｎｍ附近的波段，但是一般不进行气溶胶检索，因为６６０ｎｍ波段的范围太宽了，会影响能见度的判断。反而降低了精度。