MODTRAN使用要点精解.pdf

1、 1 MOD37使用要点 1 MODTRAN文件 1.1 输出文件 输入 Edit|Edit File 可查看运行 Modtran 产生的 ASCII数据文件，在 usr目录下有： Modout1、 Modout2、 Modout3 Modout1包含完整结果，波段平均透过率、辐亮度在最后一段。 INTEGRATED ABSORPTION FROM 625 TO 25000 CM-1 = 7170.3120 CM-1 AVERAGE TRANSMITTANCE = 0.7058 INTEGRATED TOTAL RADIANCE = 2.602227E-03 WATTS CM-2 STER-1

2、 (FROM 625 TO 25000 CM-1 ) MINIMUM SPECTRAL RADIANCE = 0.000000E+00 WATTS CM-2 STER-1 / CM-1 AT 25000 CM-1 MAXIMUM SPECTRAL RADIANCE = 1.168842E-05 WATTS CM-2 STER-1 / CM-1 AT 640 CM-1 BOUNDARY TEMPERATURE = 0.000 BOUNDARY EMISSIVITY = 1.000 1.2 输入 文件 1.2.1 数据库文件 文件 名 .LTN，包含 Modtran 模型 参数的 输入 文件 和

3、输出 曲线打印 方式 的 输入文件。 2 1.2.2 NOVAM 参数文件： 文件名 .NPR， 6000 米以下海面气溶胶分布， 较以前海洋气溶胶模型有明显改进。 1.2.3 滤波器函数文件： 文件名 .FLT 滤波器函数可 用于 计算有效大气透过率或有效 路径 辐亮度 。 滤波器函数包含辐射源的光谱特性和辐射测量仪器的光谱带通特性。辐射源的光谱特性用黑体温度表示，仪器光谱特性取决于探测器光谱响应和光学元件光谱透过或反射特性，Modtran可设置最 多 80个波数点的相对响应。 1.2.4 扫描函数 文件： 文件名 .SCN Modtran内部 计算样点的光谱 间隔为 1cm-1， 为降低

4、输出数据的光谱 分辨率，Modtran提供了 扫描功能 ，可 将输出 光谱 数据与一个狭缝函数进行卷积运算。狭缝函数可以是三角形、矩形、 Sinc.、 Sinc.平方等 函数 。 FWHM是狭缝函数的半宽度 ，最小 设置值 2cm-1，最大 设置值 50cm-1。因此，Modtran输出 数据光谱 分辨率 的极限 为 2cm-1。 输入的频率增量 （步长） DV 是 指 输出 光谱数据采样 间隔， 用波数表示， 并非 Modtran的分辨率。 如 步长 DV设置为 100 cm-1， FWHM设置为 2 cm-1， Modtran输出数据的 波数 间隔 为 100 cm-1， 数据点的光谱分辨

5、率为 2 cm-1，波数位于 100 cm-1采样 间隔 区 的大气 强吸收峰或辐射峰均 不 予 计算。 2 MODTRAN概述 2.1 概述 MODTRAN（ 中分辨率透过率的英文缩写 ） 是美国空军研究实验室开发的3 LOWTRAN升级产品。实际上， MODTRAN包含了可供用户选用的 LOWTRAN完整模型。 MODTRAN可计算特定大气路径的透过率和辐亮度。它既可作为独立的程序运行，可可作为子程序或分立的模块运行。 MODTRAN 源程序用 FORTRAN77编写，可向终端用户提供源代码。 MODTRAN计算 1） 波数范围 0 50000 cm-1，即最小波长 0.2um。按 1 c

6、m-1波数间隔分割 ，即 计算步长为 1 cm-1。 2）大气分层 大气高度 0 100km，根据气压、温度、分子吸收与消光系数 对大气层进行分层，最大可分 33层。 MODTRAN与 LOWTRAN的比较 ： 1） LOWTRAN计算 的 光谱范围与 MODTRAN相同，但计算步长为 5 cm-1，分辨率为 20 cm-1。 2） LOWTRAN 的 近似 分子吸收带模型仅有吸收系数 、 分子密度刻度函数 等参数 。 要用作工作于下 层大气和地表面战术系统大气传输计算的辅助工具 ， 40公里以上 LOWTRAN7计算精度大大降低。 3） MODTRAN 的分子吸收带模型有吸收系数、谱线密度、

7、平均谱线密度等3个温度有关参数。 MODTRAN在对 1cm-1波数间隔内吸收谱线积分时考虑了谱线的形状 。 MODTRAN适合大气路径高度 30公里以上的透过率计算， 但 不适合大气路径高度 60公里以上的透过率计算 ， 因为许多分子不处于局部的热力学平衡状态，不能根据周围的温度确定分子带的辐射。 MODTRAN大气透过计算包括： 1） 气体 分子谱线吸收； 4 2） 气体 分子连续吸收； 3） 气体 分 子散射； 4） 气溶胶吸收和散射； MODTRAN路径辐亮度计算包括： 1） 大气自身辐射； 2） 以单次散射方式进入路径的太阳和 /或月亮辐亮度； 3） 斜路径对天观察时的直接太阳辐照度

8、； 4） 以多次散射方式进入路径的太阳和 /或月亮辐亮度 以及 地球 辐亮度 。 2.2 大气路径类型与参数 MODTRAN计算时， 要求先输入路径类型，再输入路径参数。 2.2.1 水平路径 确定水平 路径 只需输入 2 个参数，即 观察点 高度、 路径 长度 。这里的水平路径系短路径 ， 不是 长路径。 5 2.2.2 斜路径 可选用的 斜路径参数 包括 ： H1： 初始高度（ 观察点 高度 ） ； H2： 最终 高度（辐射源高度）； HMIN：正切高度，仅用于长程。 正切高度是路径至地球的最低高度。 r ： 起点与终点 之间 的直线距离， 由于大气折射，长路径时，实际路径的长度大于 此值

9、。 ： 天顶角，观察点的重垂线与路径的夹角； ： 最终角，源点的重垂线与路径的夹角； ： 地心对观察点、源点的张角。 确定一个 斜路径 只 需输入 3个参数，共有 6种 设置 方法 ： 1） H1， ， H2； 2） H1， ， r ； 3） H1， H2， r ； 4） H2， H1, ； 5） H2， H1, ； 6） H2， ， r 。 6 2.2.3 斜路径至太空 确定 一个至太空的 斜路 径 需要输入 2个参数 ，共有 3种设置方法 ： 1） H1， ； 2） H1， HMIN； 3） HMIN， ； 其中 第 2种 方法主要用于临边探测 (Limb Viewing)。 2.3 气溶

10、胶模型 气溶胶是大气中悬浮颗粒的总称，它包括地面灰尘、火山灰、工业燃烧产生烟灰、海面喷沫 、雾 等。气溶胶颗粒大小变化很大， 仅存在于 局部区域。 气溶胶分布与海拔高度有关， MODTRAN按高度将 大气 分为 4层，分别建立气溶胶模型。 1） 边界层 (0-2km)； 2） 对流层顶部 (2-10km)； 3） 同流层底部 (10-30km)； 4） 同流层（中间层） (30-100km)。 边界层气溶胶模型与地理环境、天气一个， MODTRAN给出的边界层气溶胶模型主要有 ：农村、都市、 海洋、 对流层、 雾等。 7 农村 的气溶胶 模型由占比 70的可溶物质（氨、硫酸钙及有机化合物）和占

11、比 30类灰尘气溶胶混合而成。 海洋的气溶胶 模型 由 盐颗粒和背景 两部分组成，盐颗粒 是海水飞沫蒸发 后 再 凝聚 核 水汽形成的 较大颗粒 ， 存在于离海面 10 20米高处。海洋的 背景气溶胶与陆地农村气溶胶相 仿 ，唯一 不同是没有 非常 大 的 颗粒。 都市气溶胶模 型 由占比 20的 燃烧生成物或工业源形成的类烟尘气溶胶，其余 80为农村 气溶胶。 对 流层 气溶胶 模型 代表了 一种 非常清彻天气条件 ，能见度达 50公里。 对流层顶部 (2-10km)的气溶胶比边界层均匀的多，大颗粒迅速减少。同流层底部 (10-30km)的气溶胶主要受季节影响，因为对流层顶部的高度是随季节变

12、化的变化。该层呈全球均匀分布，不受地理环境影响 ，主要颗粒是光化学反应产生的硫酸盐颗粒和火山喷发时的火山灰。高层大气的主要气溶胶是流星灰。 2.4 大气模型 MODTRAN定义了 6种 标准的 大气模型 ，也允许 用户输入气象数据 ，自 定义大气 模型。 标准的大气模型有： 1） 1976年美国 “标准 ”大气： 1976年，由美国制定，用中纬度平均值表示。 2）赤道：北纬 15。 3）中纬度夏天：北纬 45， 7月。 4）中纬度冬天：北纬 45， 1月； 5）亚北极夏天：北纬 60， 7月； 6）亚北极冬天：北纬 60， 1月 MODTRAN的 模型大气将大气非等高度地划分为 34层 ， 能

13、给出 这 6种 模型大气的气压、温度 以 及 H2O、 CO2、 O3等 11种气体 含量 随 高度 的 分布。例如：中纬度夏天 模型大气的 气压、温度及水 分子含量 的高度分布如下表所示。 8 3 MODTRAN屏幕 输入 MODTRAN 的屏幕输入 参数有 模型大气（ Model Atmosphere） 、 气溶胶(Aerosol)、 几何参数和光谱带 (Geometry and Spectral Band)等 3大类 ，参数输入屏幕上分别用（ 1）、（ 2）、（ 3）标注。 3.1 “模型大气 ”输入 参数 屏幕 标题 ： Model Atmosphere(1) 9 3.1.1 计算选择

14、 可选 MODTRAN带模型或 MODTRAN所含的 LOWTRAN模型 。 3.1.2 大气模型 大气模型包括标准大气模型和 用户自定义 。 标准模型大气与 LOWTRAN相同 ，共 6种 ， 其中 1976年美国标准 大气是一种标准的大气模型，其余 5种 模型 反映了季节、纬度对大气性质的影响。用户自定义 大气模型 有 两种，要求用户输入气象数据。 3.1.3 路径类型 大气路径有水平路径、斜路径、斜路径至太空 3种。 需输入的路径参数如前所述，在 “ 几何参数和光谱带 ” 屏幕上输入。 3.1.4 运行方式 MODTRAN有 透过率（ Transmittance） 、 热辐射亮度（ Th

15、ermal Radiance） 、有散射辐亮度（ Radiance with Scattering） 、 太阳直射照度（ Direct Solar Irradiance）等 四种运行模式 3.1.4.1 透过率 透过率运 行模式 （ MODE=0） 可 计算 路径的总透过率以及 气体分子带吸收、连续吸收、气溶胶吸收 等分量 的路径透过率。 路径的总透过率为各个分量的路径透过率之积。 透过率运行模式下，可输出以下 结果 ： 1） 总路径透过率； 2） H2O， CO2,O3等吸收气体的透过率； 3） 分子散射的透过率； 10 4） 气溶胶透过率。 3.1.4.2 热辐射亮度 热辐射亮度模式 （

16、MODE=1） 可 计算 路径 大气辐射的 辐亮度 （即大气辐亮度）和路径 的总 透过率 ，大气辐射主要在热红外波段，故称大气热辐射 。 热辐射亮度 运行 模式 下 可 输出以下 结果 ： 1） 总路径透过率 （ Trans. Total） 与路径 类型 、 路径 大气吸收、散射的衰减系数有关。 2） 路径热辐射 （ Path Thermal） 路径大气热辐射 的 光谱 辐亮度 。 3） 热散射 （ Thermal Scat） 路径外 大气 热辐射经散射 进入路径 的 光谱 辐亮度，通常可忽略。 4） 表面辐射 （ Surface Emission） 特定温度、比辐射率 边界层表面 热辐射 产

17、生 的 光谱 辐亮度 。 5） 地 面反射的总辐亮度 （ Total Ground Reflected） 大气 热辐射经地面反射产生的 光谱 辐亮度，通常可忽略 。 11 6） 总辐亮度 （ Total Radiance） 观察点在视线方向接收到 辐 射 的 总 辐亮度。 总辐亮度是 2）、 3）、 4）、 5）四项辐亮度之和， 由于 热散射 3） 和地面反射辐亮度 5） 可忽略，总辐亮度是 路径热辐射 2） 和边界层热辐射 4） 辐亮度之和 。 7） 光学深度 （ Optical Depth） 单位： Km-1， 应是 衰减 系数 ，光学深度（大气质量）是衰减系数对路径的积分。 边界层可以是

18、地球、云、飞机等， MODTRAN假设边界层均为灰体，用户须输入边界层温度和表面反射率（ Surface Albedo），以确定表面发射的辐亮度。边界层温度的缺省值为 0，此时边界层温度根据大气模型确定。 如不用缺省值，用户 可输 入边界层的绝对温度 和 表面反射率 。比辐射率 等于 （ 1 表面反射率） ，表面反射率的缺省值为 0， 比辐射率等于 1， 即认为是黑体。 用户 可 直接输入反射率的数值， MODTRAN也 提供了几种典型的 边界 层 ， 包括 ：雪、 森林、植被、草地、海洋、沙漠等， 这几种典型边界层在红外波段的 光谱反射率和光谱比辐射率 都是确定的。 例如： 雪 Snow c

19、over (fresh) Spectral coverage is 1.4 to 50. micrometers (200 to 7143 wavenumbers) Wavelength RHO EPS 反射率 比辐射率 1.40 .48 .52 1.46 .05 .95 1.55 .05 .95 1.85 .24 .76 1.93 .02 .98 2.08 .02 .98 2.25 .17 .83 2.35 .06 .94 2.45 .02 .98 3.00 .02 .98 12 3.20 .07 .93 5. .02 .98 20. .02 .98 50. .02 .98 森林 沙漠 云

20、13 海洋 Ocean (not grazing angles) Spectral coverage is 1.0 to 14. micrometers (714 to 10000 wavenumbers) Wavelength RHO EPS 1.0 .03 .97 1.5 .03 .97 2.0 .02 .98 2.6 .01 .99 2.9 .05 .95 3.4 .02 .98 4.0 .02 .98 6.0 .02 .98 8.0 .01 .99 10. .02 .98 12. .04 .96 14. .06 .94 可用热辐射亮度模式计算 HY1海洋卫星以 45倾角观察海面 的路径

21、辐亮度和透过率 。输入文件： PcModWin37UsrerHY1热辐射辐亮度（全波段） .ltn 输入参数： 中纬度、夏天， 23公里能见度，海水温度 300K，反射率 0.03。 14 输出曲线如图，大气热散射、地面反射的热辐射均可忽略，观察点的总辐亮度是路径热辐射和边界层热辐射的辐亮度之和。 卫星 红外 地平仪接收到的 15微米辐射几乎全部来自 CO2吸收带的大气辐射 ，来自地球表面的辐射可以忽略。 3.1.4.3 有散射辐亮度 热辐射亮度 运行 模式 的路径辐亮度只考虑路径大气和地面的热辐射 ， 有散射辐亮度 运行 模式 （ MODE=2） 的路径辐亮度 不仅考虑路径大气和地面的热辐射

22、，还 增加 了 路径外辐 射源 （ 太阳 、 月亮 、地球等） 产生 的 大气散射 辐亮度和地面反射辐亮度 。 路径大气的散射有分子散射、气溶胶散射，分子散射主要影响可见光波段的15 路径辐亮度，气溶胶散射对近红外、中波红外影响较大。 路径外辐射源的辐射经大气散射进入路径 将 增加路径 的 辐亮度。 MODTRAN 的单次散射仅 计算 太阳或月亮光散射 后 进入路径 ， 不考虑 进入路径散射光再次散射，离开路径。 散射辐亮度 和观察方向与 太阳 /月亮 照射的相对位置遥感，计算时须输入 太阳/月亮几何位置（ Solar /Lunar Geometry）相关参数 。 有散射辐亮度 运行 模式 下

23、， 可输出以下 结果 ： 1） 总路径透过率 （ Trans. Total） 与路径 类型 、 路径 大气吸收、散射的衰减系数有关。 2） 路径热辐射 （ Path Thermal） 路径大气热辐射的 辐亮度 。 3） 热散射 （ Thermal Scat） 大气 热辐射经散射进入路径的 辐亮度 ，通常可忽略 。 4） 表面辐射（ Surface Emission） 特定温度、比辐射率界面热辐射产生的 辐亮度 。 5） 太阳散射辐亮度 （ Solar Scatter Radiance） 。 太阳辐射经散射进入路径并到达观察点的 辐亮度 。 6） 单次散射辐亮度 （ Single Scatter

24、 Radiance） 太阳辐射经 单次 散射进入路径的 辐亮度 。单次散射 是指 不考虑 进入路径的散射辐射 再次离开路径， 如设置为 单次散射 模式， 太阳散射辐亮度 即单次散射辐亮度 。 7） 总 地面反射 （ Total Ground Reflected） 太阳光 地面反射产生的 辐亮度 ， 包括 太阳直射光 地面反射 和散射光地面反射，能量主要集中 在 VIS， NIR波段，少量在 ,SW波段 ， MW， LW 波段可忽略 。 8） 直接地面反射 （ Direct Ground Reflected） 太阳直射的 地面反射的辐亮度 （ 用户手册 p380）。 9） 总辐亮度 （ Tota

25、l Radiance） 观察点在视线方向接收到的辐亮度 ，是 路径 大气 热辐射、 地面 热辐射 、16 地面反射产生的辐亮度 之和。 在 MW， LW 波段 ， 地面反射辐亮度可忽略，总辐亮是 路径 大气 热辐射、 地面 热辐射 辐亮度 之和。在 VIS、 NIR、 SW波段， 路径 大气 热辐射 可忽略， 总辐亮度是路径大气太阳散射 和地面反射辐亮度 之和。 10) 太阳反射辐亮度 （ Reflected Solar） 大气层外 太阳光 100漫反射 产生 的辐亮度 ， 可作为 外层空间太阳辐射基准。 11) 观察点太阳反射 辐亮度 （ Solar at Observer） 观察点处太阳光

26、 100漫反射 产生 的辐亮度 ，可作为 观察点 处太阳辐射的基准。 12） 光学深度 (Optical Depth) 单位： Km-1， 应是 衰减 系数 ，光学深度（大气质量）是衰减系数对路径的积分。 可用有散射辐射亮度模式计算 HY1海洋卫星以 45倾角观察海面 的路径辐亮度和透过率。输入文件： HY1太阳散射辐亮度（全波段） .ltn。输入参数： 太阳天顶角为 0。中纬度、夏天， 23公里能见度，海水温度 300K，反射率 0.03。 输出 的 全波段 路径辐亮度 曲线如图 。 中波、长波 波段的路径辐亮度是 海面和路径大气的热辐射 辐亮度之和 ， 大气 散射、海面反射均可忽略。 17

27、 在可见光至短波红外波段， 路径辐亮度是 太阳散射 和海面辐射辐亮度之和，太阳散射远强于 海面反射。 3.1.4.4 太阳直射照度 太阳直射照度（ “Direct Solar Irradiance”） 运行模式 （ MODE=3） 可 计算 ： 1） 大气层外 的太阳 正 入射 的光谱辐 照度 ； 2） 太阳 透 过大气到达观察点 的 光谱辐 照度 ； 3） 路径透过率。 这里 的 大气层外 太阳 照度 或 观察点太阳照度 约定 为 正入射 照度 。 太阳的入射照度和地面照度（天顶角 0， VIS-LWIR） 18 太阳的入射照度和地面照度（天顶角 0， VIS-NIR） 至海面大气透过率 （

28、天顶角 0， VIS-NIR） 3.2 “气溶胶 ”输入参数 屏幕 标题 ： Aerosole (2) 3.2.1 气溶胶模型 No Aerosol Attenuation = 0 = no aerosol effects included in the calculation Rural - VIS=23km = 1 = RURAL extinction, default VIS = 23 km Rural - VIS=5km = 2 = RURAL extinction, default VIS = 5 km Navy Maritime = 3 = NAVY MARITIME extinc

29、tion, sets its own VIS Maritime - VIS=23km = 4 = MARITIME extinction, default VIS = 23 km Urban - VIS=5km = 5 = URBAN extinction, default VIS = 5 km 19 Tropospheric - VIS=50km = 6 = TROPOSPHERIC extinction, default VIS = 50 km User Defined - VIS=23km = 7 = USER DEFINED extinction, default VIS = 23 k

30、m Fog advection - VIS=.5km = 8 = FOG1 (advection fog) extinction, default VIS = 0.2 km Fog radiation - VIS=.2km = 9 = FOG2 (radiation fog) extinction, default VIS = 0.5 km Desert extinction = 10 = DESERT extinction, sets its own VIS from WSS 3.2.2 气溶胶模型季节修正 主要对季节变化引起对流层高度的变化进行修正。 3.3 “几何 位置 和光谱带 ”输入

31、参数 屏幕提示： Geometry and Spectral Band (3) 3.3.1 路径参数 须 先在屏幕（ 1） 的 “Type of Atmosphere Path” 的框中选择大气 路径类型 （如水平路径、斜路径等） ，再在屏幕（ 3） “Path Type”的框中选择 路径参数 设置方法（如高度、天顶角、 路径 长度等），方可输入具体路径参数。 每个路径参数均可设置初值、终值、步长，即可得到多组路径参数的计算结果。 3.3.2 光谱带 参数 须输入的参数包括：初始、终值、增量或狭缝函数的半宽度 (FWHM)的波数(cm-1)或波长 (um或 nm)。 3.3.3 太阳 /月亮几

32、何位置 选择“ 有散射辐亮度 ” 运行方式时， 先 要 明确 散射源 是 太阳或月亮 。然后输入 太阳 /月亮 的 几何位置参数 ， 输入方法有 3种 ： 1） 输入 观察点和太阳的地平经度、地平纬度； 输入内容包括： 太阳日： 1 365， 仅 用于修正日地距离； 观察点经纬度：地经 （ 0 360）、地纬（ 90 90） 20 太阳经纬度： 地心与太阳连线与地球交点的 地 经 、地 纬； 路径方位角 ： 0-360（正北为 0，正东为 90） 。 2） 输入 观察点经纬度、太阳日（ 1-365）和观察时刻的格林威治时间； 输入内容包括： 太阳日： 1 365，用于修正日地距离和太阳的视位置

33、； 观察点经纬度：地经（ 0 360）、地纬（ -90 90） 时间： 观察时刻的 Greenwich 时间 ； 路径方位角 ： 0-360（正北为 0，正东为 90） 。 3） 输入 观察视线 方位角 （视线 与日地连线 地面投 影的 夹角）和观察点的太阳天顶角 输入内容包括： 太阳日： 1 365， 仅 用于修正日地距离； 视线 方位角： -180 180，所谓视线方位角实际上是 视线转至日地连线 在方位方向转过的角度， 由北往东为正，反之为负。 太阳天顶角： 0 90； 太阳光散射与散射 角（太阳光线与视线之间的夹角） 有关 。 方法 1 用太阳的地经、地纬确定太阳光的入射方向，视线方向

34、由路径的天顶角、方位角sunlospathpathESWN21 而定。方法 2 的太阳光入射方向是根据太阳日、时间而定 ， 视线方向仍由路径的天顶角 、方位角而定。 如何确定观察点太阳的 天顶角、方位角可参见附录 2。 由于路径天顶角已设定， 方法 3 要求输入太阳天顶角和观察视线与日地连线之间的方位角， 已能完全确定太阳光与视线的相对位置， 不必 再 要求输入太阳和视线的方位角。 4 附录 1： MODTRAN计算海洋卫星 波段辐亮度 4.1 HY-1技术参数 表 2.3 卫星平台相关参数 卫星轨道 圆形太阳同步轨道，高度 798km，降交点地方时 10:3030min 卫星姿轨控 三轴稳定

35、，对地定向 姿态测量精度 偏航 0.3，滚动、俯仰 0.2 姿态指向精度 偏航 0.5，滚动、俯仰 0.4 姿态稳定度 三轴 0.01/s HY 1对可见光通道的灵敏度要求为： 表 2.26 编号 谱段 (m) 测量条件 （ mWcm-2Sr-1m -1） S/N;（ NET） NEL （ mWcm-2Sr-1m -1） B1 0.402 0.422 9.10 349 0.026 B2 0.433 0.453 8.41 472 0.018 B3 0.480 0.500 6.56 467 0.014 B4 0.510 0.530 5.46 448 0.012 B5 0.555 0.575 4.5

36、7 417 0.011 B6 0.660 0.680 2.46 309 0.008 22 B7 0.740 0.760 1.61 202 0.008 B8 0.845 0.885 1.09 327 0.003 4.2 计算 大气层外和 海面太阳辐照度 用 模式 3， 输入参数： 大气模型：中纬度、夏天； 路径类型：斜路径至太空； 运行模式：直接太阳照度； 气溶胶模型：洋面 （ Maritime VIS=23km） ; 路径参数： 观察点高度 0公里，太阳天顶角 0。 光谱带： 0.4-0.9um 大气层外太阳照度的光谱曲线与 5900K 黑体的光谱曲线并不完全一致。因此，用普朗克定律计算和用

37、MODTRAN计算结果 有少量差异 。 用普朗克定律 可 计算 大气层外， 太阳 的 波段辐照度 如 下： kSH 其中： S 为太阳常数， 取 0.1367W/cm2; k 为 5900K黑体波段出射度与全波段出射度之比。 23 大气层外 太阳 的光谱 辐照度 为： HH谱段 (m) 用 Plank定律计算 大气层外 太阳光谱辐照度 MODTRAN 方式 3计算 大气层外 太阳光谱辐照度 k H Wcm-2 H Wcm-2um-1 H Wcm-2um-1 a B1 0.4020.422 2.47E-2 3.38 E-3 0.169 0.174 B5 0.5550.575 2.56E-2 3.

38、50 E-3 0.175 0.180 B8 0.8450.885 2.85E-2 3.90 E-3 0.0975 0.091 4.3 计算 HY-1处的 光谱 辐亮度 用 模式 2， 输入参数： 大气模型：中纬度、夏天； 路径类型：斜路径至太空； 运行模式：有散射辐亮度； 气溶胶模型：洋面 （ Maritime VIS=23km） ； 海水 ： 温度 300K，反射率 0.03 路径参数：观察点高度 100公里（实际 798公里） ； 45对地倾斜观察； HY1对海倾斜观察的路径总透过率： 24 HY1对 海倾斜观察的 路径辐亮度 （ VIS,NIR） 到达 HY1的光谱辐亮度是 海面反射与太

39、阳散射 光谱 辐亮度之和 。 MODTRAN计算中假设地面为灰体，海面反射光的辐亮度为： aHN 其中： H为海面太阳照度， 可用模式 3算得； 为海水反射率，取 0.03; a 为海面至 HY-1卫星的光谱透过率。 25 用 MODTRAN计算 HY1 3个可见光波 段的路径透过率、 海面反射、太阳散射、 总辐亮度如表： 编号 谱段 (m) a海面反射 光谱辐亮度 （ Wcm-2sr 1m -1） 太阳散射 光谱辐亮度 （ Wcm-2sr 1m -1） 总 路径 光谱辐亮度 （ Wcm-2sr 1m -1） HY1要求 光谱辐亮度 （ Wcm-2sr 1m -1） B1 0.4020.422

40、 0.50 3.7E-4 7.4E-3 7.8E-3 9.1E-3 B5 0.5550.575 0.64 6.2E-4 5.5E-3 6.1E-3 4.57E-3 B8 0.8450.885 0.77 5.9E-4 2.2E-3 2.8E-3 1.09E-3 用 MODTRAN计算的海面反射光辐亮度与 HY1要求的辐亮度还是接近的。 26 5 附录 2： 如何确定观察点太阳的 天顶角、方位角 图中：在地平坐标系中，如 P点为地面观察点， D点为日地连线与地球球面的交点。 P 点的地平经度（地经）、地平纬度（地纬）即观察点地理位置的经纬度， D点的地经、地纬即 MODTRAN要求输入的太阳经纬度

41、。 方法 1输入了观察点和源的经纬度，即 P点、 D点的经纬度，用球面三角可以计算 P点的太阳的天顶角、方位角。 由球面三角几何可求太阳天顶角： c o s hc o sc o ss i ns i nc o s 0 其中： 为观测点纬度 (如上海市经度 121.48E，纬度 31.22N)。 为太阳的地平纬度； h 为为观测点与太阳经度差。 在 P点观测点，建立以 PN弧为极坐标原点 的方位坐标系，则方位角 就是角 NPD,由三角几何可求太阳方位角： c o ss i nc o sc o s hc o s s i n hc o st a n S N W E Z O P h 0 D 27 方法 2 利用太阳日计算太阳的赤经、赤纬，太阳赤纬即地纬。 D 点的地方时（太阳时）为正午 12 时，根据 P 点纬度和观察时刻的 Greenwich 时间 可计算 P点的地方时，从而将太阳赤经转换为地经，同样可确定太阳的天顶角、方位角。