6S大气校正模型源码

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6S的源码是用FORTRAN来写的，想要对6S有所了解，还是要有一定的FORTRAN基础。由于作者是法国人，有很多变量缩写也是以法文为缩写的，不要望文生义。

第一节 6S简介

所谓6S是SECOND SIMULATION OF THE SATELLITE SIGNAL IN THE SOLAR SPECTRUM的简写，直译的意思就是“太阳光谱的卫星信号二次模拟”。其前身为法国里尔科技大学大气光学实验室开发的5S（SIMULATION OF THE SATELLITE SIGNAL IN THESOLAR SPECTRUM）大气辐射传输模型。在遥感观测的太阳-目标-传感器这种模式中，无论是使用卫星或是飞机，获取数据的过程中都不可避免的受到大气的影响。6S就是为了模拟这种地气系统中的太阳辐射，计算卫星入瞳处的辐射能量。通过这种模拟，我们就可以知道大气对太阳辐射的影响大小，由此来进行大气校正。

注：我的理解，6S是遥感用于对地气系统进行模拟的正演用的软件，而不是用于“大气校正”的软件，只不过正演结果往往被用于大气校正。当然也不仅仅是输出“表观辐亮度”这个正演结果，还有正演过程中所得到的有关大气一系列量。

6S假定晴空无云的条件下，并考虑了水汽、CO2、O3和O2等的吸收、分子和气溶胶的散射以及非均一地面和双向反射率的问题。相比与5S，6S可以模拟机载观测、设置目标高程、解释BRDF作用和临近效应，增加了新的吸收气体的计算（CO、N2O、CH4），对于瑞利和气溶胶散射的计算由于使用了逐级散射(successive order of scattering)方法，精度有了显著提升，并且光谱积分的步长从5nm改进到2.5nm。6S所能处理的光谱区间为0.25微米至4微米，低于0.25或高于4的都无法运算。缺点是对球形大气和limb (临边)观测不能处理。

目前国内大部分使用的都是1997年发布的标量版本，版本号一般为6SV4，在2005年Vermote等人又发布了一个矢量版本，版本号一般为6sV-1.0。相对于标量版本，矢量又做了很多改进，最明显的就是可以对于偏振进行处理。在本文中，主要介绍标量版本的使用，如果有时间，后续会再介绍矢量版本。

最后在后面说下，很多人都以为6S是一个软件，直接将图像输入，设置一些参数之后就可以获得大气校正过的影像了。其实这是一个完全错误的想法，原始的6S只是一个是使用Fortran写出来的一堆代码而已，而且也不能读取影像。可能大家使用的时候都是使用别人生成的EXE程序，在DOS界面里对各种参数进行输入。之前本人使用MFC写了一个6S的输入图形界面，可以点我下载。

第二节 6S使用

6S需要9个输入参数，对于这些参数都是必须仔细了解的，使用起来才能保证不会出错。学习都是一个由浅及深的过程，要努力做到知其然更知其所以然，通过对6S的学习能做到对辐射传输的公式以及推导有一个完善的了解，那么才是真正掌握了6S的使用。对于各参数下面将会一一介绍。

第一步需要输入的为几何参数igeom，其中有8情况，当选择igeom=0时，需要手动输入太阳高度角、方位角，卫星高度角、方位角以及影像获取月份与日期。剩下的7种为内置的一些卫星参数，如AVHRR、TM、GOES等，大部分都是需要输入日期，行列号等。

第二步为大气模式idatm的选择，6S里内置了0-6共其中大气模式，依次为无大气吸收，热带，中纬度夏季，中纬度冬季，亚寒带夏季，亚寒带冬季以及美国标准62大气模式，或者选择自定义大气廓线，选择7的话，需要输入海拔，压强，温度，水汽浓度，臭氧浓度。选择8需要输入水汽与臭氧浓度，大气廓线使用美国62。

第三步为选择气溶胶模式iaer，内置了7中标准气溶胶模式，为0-无气溶胶模式，1-大陆型，2-海洋型，3-城市型，5-沙漠背景的shettle模型，6-生物燃烧模型，7-平流层模型。或者自定义自己的气溶胶模式，当iaer=4时，需要输入各组分的百分比：粉状尘，水溶性物质，海洋性物质，煤烟。8为最多四种模型联合运算的一个正态分布模型。9为改进型的一种伽马分布模型。10为Junge谱幂分布模型。11为选择太阳光度计的测量值进行计算，12为读取已经设定好的参数进行计算。一般情况下如果不想做气溶胶的模式研究，就直接用刚开始介绍的7个标准模式。

第四步为气溶胶浓度，关于这个由两种输入方式，气溶胶光学厚度taer55或者可见度v。可见度v的单位为千米，如选择光学厚度taer55，可见度v的值就为0，taer55为550纳米处的气溶胶光学厚度。在气溶胶模式iaer中如果选择无气溶胶，可见度v的值就要为-1。其中气溶胶光学厚度与可见度有一个公式可以转换，为了快速计算，也可以使用4.8除光学厚度得到可见度，但这只是一个约值。

第五步为目标海拔高度xps的计算，如果xps>=0，那么表示目标在水平面上。xps<0表明你知道地面的高程，所以输入具体的值，不过前面加个负号。

第六步为传感器Xpp高度的输入，xpp=-1000 表明传感器为星载传感器，xpp=0 表明传感器在地面上。-100

第七步为光谱条件iwave的输入，其中6S内置了很多传感器的光谱条件，如MODIS，TM，AVHRR，SPOT，NOAA等。也可以使用自定义的光谱条件。其中光谱响应函数的计算是以2.5微米为间隔。

iinf=(wlinf-.25)/0.0025+1.5 为起始光谱值

isup=(wlsup-.25)/0.0025+1.5 为结束光谱值

由于6S所支持的光谱区间为0.25-4，代入上式iinf=(0.25-.25)/0.0025+1.5 =1.5=1，isup=(4-.25)/0.0025+1.5=1501.5=1501。所以6S所能处理的所有光谱曲线就位1-1501条。以TM数据蓝光波段为例，其光谱范围为0.430-0.560，代入上式可以得到iinf=(0.430-.25)/0.0025+1.5=73，isup=(0.56-.25)/0.0025+1.5=125，在TM的光谱响应曲线的就可以看做前72个数值为0，后1376个也为0值。

在6S之中，计算各种参数的时候，尤其是在计算光谱响应的起始与结束值时，定义的为整型，但计算结果可能会为一个小数，这就要考虑截断了，FORTRAN中并没有使用四舍五入的情况，而是直接取整。

对于6S没有内置的一些光谱响应也就可以自己按照这个规则来写一个Fortran文件。

第八步为地表特性的选择，这是一个比较复杂的选项，可以选择地面作为朗伯体或者各向异性来构建BRDF。下图为6S中给出的选择路径。

inhomo选择0代表地表是考虑地面为朗伯体，选择1代表地表各向异性。如果inhomo=0进入第二步的选择，再次选择0表明没有方向效应的影响，然后输入roe（表面反射比）。选择1表明有方向效应的影响，然后选择内置的一些BRDF模型来进行计算。如果inhomo=1，那么接着输入igrou1（roc）（目标的反射）、igrou2（roe）（周围环境反射）、radius r（表面半径）。

最后一步为选择rapp大气校正模型，如果rapp<-1那么就不进行大气改正，这就为遥感之中的正演，即为通过地表反射率来求得表观反射率。如果rapp>0 程序将重新赋值表观反射率，使用输入的这个辐射亮度值进行表观反射率的转换。当-1

上面的介绍，其实还是很抽象的，想要了解6S，就必须自己动手去做。

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