6S辐射传输模式使用例子

6S模型构成

6S模型主要包括以下5个部分，考虑了大气顶的太阳辐射能量通过大气传递到地表，以及地表的反射辐射通过大气到达传感器的整个辐射传输过程。

（1）太阳、地物与传感器之间的几何关系：用太阳天顶角、太阳方位角、观测天顶角、观测方位角四个变量来描述；

（2）大气模式：定义了大气的基本成分以及温湿度廓线，包括7种模式，还可以通过自定义的方式来输入由实测的探空数据，生成局地更为精确、实时的大气模式，此外，还可以改变水汽和臭氧含量的模式；

（3）气溶胶模式：定义了全球主要的气溶胶参数，如气溶胶相函数、非对称因子和单次散射反照率等，6S中定义了7种缺省的标准气溶胶模式和一些自定义模式；

（4）传感器的光谱特性：定义了传感器的通道的光谱响应函数，6S中自带了大部分主要传感器的可见光近红外波段的通道相应光谱响应函数，如TM，MSS，POLDER和MODIS等；

（5）地表反射率：定义了地表的反射率模型，包括均一地表与非均一地表两种情况，在均一地表中又考虑了有无方向性反射问题，在考虑方向性时用了9种不同模型）。

6S模型具体参数设置

几何参数（geometrical parameters）

太阳天顶角、太阳方位角、观测天顶角、观测方位角四个变量，1-7是已有卫星对应的几何参数，0是用户自定义几何参数。

大气模式（atmospheric model）

参数限制：无参数名称：idatm 取值范围：0-9

idatm=0：无气体吸收
idatm=1：热带大气
idatm=2：中纬度夏大气
idatm=3：中纬度冬季
idatm=4：亚北极区夏季
idatm=5：亚北极区冬季
idatm=6：美国标准大气（62年）
idatm=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)
idatm=8：输入水汽和臭氧总含量    水汽( g/cm2)臭氧(cm-atm)
idatm=9：读入无线电探空数据文件

气溶胶类型参数

参数限制：无参数名称：iaer 取值范围：0-12

iaer=0:无气溶胶
iaer=1:大陆型气溶胶
iaer=2:海洋型气溶胶
iaer=3:城市气溶胶
iaer=4:用户自己输入以下四种粒子所占体积百分比：灰尘（Dust-like） 、水溶型(Water-sol)、海洋型(Ocean)、烟灰(Soot)
iaer=5:沙漠型气溶胶
iaer=6:生物质燃烧型
iaer=7:平流层模式
iaer=8-10：用户自己按照尺度分布类型定义气溶胶模型
iaer=8：多峰对数正态分布
iaer=9：改进的gamma分布
iaer=10：Junge幂指数律分布
iaer=11：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
iaer=12：利用事先计算的结果

气溶胶含量参数（concentration）

参数限制：能见度必须大于5公里参数名称：v ，取值

v=能见度（公里）
v=0：输入550纳米气溶胶光学厚度
taer55=550纳米气溶胶光学厚度
v=-1：没有气溶胶

目标高度参数（altitude of target）

参数限制：无参数名称：xps 取值

xps >=0：目标在海平面高度
xps < 0：绝对值代表目标高度（公里）

传感器高度参数（sensor altitude）

参数限制：无参数名称：xpp 取值

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）

【注：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】

光谱参数（spectral conditions）

参数限制：虽然在整个波段计算气体透射率和散射函数，但处理强吸收波段吸收与散射的相互作用不精确，因此不适合强吸收带
参数名称：iwave 取值范围：-2–70

iwave=-2–+1，用户自己定义光谱条件
iwave=-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。
iwave=-1：单色计算，用户给出单色波长（微米）
iwave=0：用户输入光谱范围的下限和上限（微米），滤光片函数为1
iwave=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。
iwave=2-70：选择下列卫星通道

【注:利用MODIS数据反演AOT时，可以选择42（红光波段）和44（蓝光波段），idl调用6S模型，分别生成两张查找表，用这两个查找表分别反演550nm处的气溶胶光学厚度，然后用波段运算做一个平均，提高气溶胶反演的精度。】

地表反射率类型（ground reflectance type）

参数限制：用户可以选择“补丁”结构的地表情况，即输入一个半径为rad的圆形目标的反射率roc和周围环境的反射率roe

参数名称：inhomo    取值范围：0，1
inhomo=0：均匀表面
所需参数：
idirec=0： 无方向效应
输入均匀朗伯表面的反射率igroun（roc=roe）
idirec=1： 有方向效应
ibrdf=0：输入太阳天顶角为thetas时10个观测天顶角（0-80度间隔10度和85度）和30个观测方位角（0-360度间隔30度）下的反射率；
同样，输入观测天顶角为thetav时各太阳入射角度下的反射率；地表半球反射率；
在所选的观测条件下（太阳天顶角，观测天顶角和相对方位角）的反射率；
ibrdf=1-9： 选择模式中储存的模式
ibrdf=1： hapke model
ibrdf=2： verstraete et al.model
ibrdf=3： Roujean et al.model
ibrdf=4： walthall et al.model
ibrdf=5： minnaertmodel
ibrdf=6： Ocean
ibrdf=7： Iaquinta and Pintymodel
ibrdf=8： Rahman et al.model
ibrdf=9： Kuusk's multispectralCR model

【注：对于上述每种地面反射率模式，还分别需要输入各自所需的参数，请参阅主程序说明。地表反射率的输入有暂时有六种形式，0为反射率不随波长变化，1为以2.5nm步长输入反射率，2为绿色植被的平均光谱反射率，3为清水的，4位沙地的，5为湖水的。1为各向异性构建BRDF（双向反射分布函数），其中的ibrdf4 walthallmodel，不少论文使用。】

激活大气订正方式

参数限制：无参数名称：rapp 取值范围：（确保表观反射率为正值）

rapp<-1：不激活大气订正方式
rapp>0：反演地面反射率，反演出地面反射率满足大气层顶的辐射亮度
-1.0<rapp<0：反演地面反射率，繁衍出的地面反射率满足表观反射率=-rapp

【注：如果选择不校正的话，可以计算大气光学参数，即大气反射率Pa，半球反照率S，大气透过率T。当然，选择大气校正反演地面反射率时，也可计算大气光学参数，同时实现地面反射率校正。】

例子

0 (User defined)
40.0 100.0 45.0 50.0 7 23 (geometrical conditions)
8 option for Water Vapor and Ozone
3.0 3.5 Water Vapor and Ozone
4 User's Components
0.25 0.25 0.25 0.25
0
0.5 value
-0.2  (target level, negative value)
-3.3 (sensor level)
-1.5 -3.5 (water vapor and ozone)
0.25 (aot)
11 (chosen band)
1 (Non homogeneous surface)
2 1 0.5 (ro1 ro2 radius)
1 BRDF
-0.1 radiance (positive value)

     ******************************* 6SV version 1.1 ********************************                                                                             **                       geometrical conditions identity                       **                       -------------------------------                       **                       user defined conditions                               **                                                                             **   month:  7 day :  23                                                       **   solar zenith angle:   40.00 deg  solar azimuthal angle:      100.00 deg   **   view zenith angle:    45.00 deg  view azimuthal angle:        50.00 deg   **   scattering angle:    146.49 deg  azimuthal angle difference:  50.00 deg   **                                                                             **                       atmospheric model description                         **                       -----------------------------                         **           atmospheric model identity :                                      **             user defined water content : uh2o= 3.000 g/cm2                  **             user defined ozone content : uo3 = 3.500 cm-atm                 **           aerosols type identity :                                          **             user-defined aerosol model:                                     **                           0.250 % of dust-like                              **                           0.250 % of water-soluble                          **                           0.250 % of oceanic                                **                           0.250 % of soot                                   **           optical condition identity :                                      **               visibility :  8.49 km  opt. thick. 550 nm :  0.5000           **                                                                             **                       spectral condition                                    **                       ------------------                                    **           avhrr 1 (noaa9)                                                   **               value of filter function :                                    **                wl inf= 0.530 mic   wl sup= 0.810 mic                        **                                                                             **                       Surface polarization parameters                       **                       ----------------------------------                    **                                                                             **                                                                             ** Surface Polarization Q,U,Rop,Chi    0.00000  0.00000  0.00000     0.00      **                                                                             **                                                                             **                       target type                                           **                       -----------                                           **           inhomogeneous ground , radius of target  0.500 km                 **                target reflectance :                                         **             spectral clear water reflectance       0.045                    **                environmental reflectance :                                  **             spectral vegetation ground reflectance 0.129                    **                                                                             **                       target elevation description                          **                       ----------------------------                          **           ground pressure  [mb]  989.01                                     **           ground altitude  [km] 0.200                                       **                gaseous content at target level:                             **                uh2o= 3.000 g/cm2        uo3= 3.500 cm-atm                   **                                                                             **                       plane simulation description                          **                       ----------------------------                          **           plane  pressure          [mb]  657.54                             **           plane  altitude absolute [km]  3.500                              **                atmosphere under plane description:                          **                ozone content             0.082                              **                h2o   content             2.389                              **               aerosol opt. thick. 550nm  0.281                              **                                                                             **                        atmospheric correction activated                     **                        --------------------------------                     **                        BRDF coupling correction                             **           input apparent reflectance :  0.100                               **                                                                             ****************************************************************************************************************************************************************                                                                             **                         integrated values of  :                             **                         --------------------                                **                                                                             **       apparent reflectance  0.0330896  appar. rad.(w/m2/sr/mic)   12.749    **                   total gaseous transmittance  0.675                        **                                                                             *********************************************************************************                                                                             **                         coupling aerosol -wv  :                             **                         --------------------                                **           wv above aerosol :   0.033     wv mixed with aerosol :   0.033    **                       wv under aerosol :   0.033                            *********************************************************************************                                                                             **                         integrated values of  :                             **                         --------------------                                **                                                                             **       app. polarized refl.  0.0014    app. pol. rad. (w/m2/sr/mic)    0.065 **             direction of the plane of polarization-27.40                    **                   total polarization ratio     0.043                        **                                                                             *********************************************************************************                                                                             **                         int. normalized  values  of  :                      **                         ---------------------------                         **                      % of irradiance at ground level                        **     % of direct  irr.    % of diffuse irr.    % of enviro. irr              **               0.773               0.221               0.005                 **                       reflectance at satellite level                        **     atm. intrin. ref.   environment ref.  target reflectance                **               0.015               0.004               0.014                 **                                                                             **                         int. absolute values of                             **                         -----------------------                             **                      irr. at ground level (w/m2/mic)                        **     direct solar irr.    atm. diffuse irr.    environment  irr              **             453.574             127.136               3.157                 **                      rad at satel. level (w/m2/sr/mic)                      **     atm. intrin. rad.    environment rad.    target radiance                **               5.649               1.633               5.468                 **                                                                             **                                                                             **          int. funct filter (in mic)              int. sol. spect (in w/m2)  **             0.1174545                                 185.589               **                                                                             ****************************************************************************************************************************************************************                                                                             **                          integrated values of  :                            **                          --------------------                               **                                                                             **                             downward        upward          total           **      global gas. trans. :     0.68965        0.97248        0.67513         **      water   "     "    :     0.98573        0.98623        0.97592         **      ozone   "     "    :     0.70609        0.99079        0.70008         **      co2     "     "    :     1.00000        1.00000        1.00000         **      oxyg    "     "    :     0.99344        0.99533        0.99179         **      no2     "     "    :     1.00000        1.00000        1.00000         **      ch4     "     "    :     1.00000        1.00000        1.00000         **      co      "     "    :     1.00000        1.00000        1.00000         **                                                                             **                                                                             **      rayl.  sca. trans. :     0.96494        0.93809        0.90520         **      aeros. sca.   "    :     0.72090        0.82111        0.59194         **      total  sca.   "    :     0.69208        0.81074        0.56110         **                                                                             **                                                                             **                                                                             **                             rayleigh       aerosols         total           **                                                                             **      spherical albedo   :     0.04939        0.04918        0.06820         **      optical depth total:     0.05550        0.42021        0.47570         **      optical depth plane:     0.01848        0.23606        0.25454         **      reflectance I      :     0.01098        0.01327        0.02175         **      reflectance Q      :     0.00118        0.00037        0.00122         **      reflectance U      :    -0.00156        0.00000       -0.00173         **      polarized reflect. :     0.00195        0.00037        0.00212         **      degree of polar.   :       17.77           2.76           9.75         **      dir. plane polar.  :      -26.48           0.00         -27.43         **      phase function I   :     1.26026        0.27565        0.39051         **      phase function Q   :    -0.21911       -0.00611       -0.03096         **      phase function U   :    -1.19913       -0.15957       -0.28084         **      primary deg. of pol:    -0.17386       -0.02215       -0.07927         **      sing. scat. albedo :     1.00000        0.52284        0.57850         **                                                                             **                                                                             ***********************************************************************************************************************************************************************************************************************************************                        atmospheric correction result                        **                        -----------------------------                        **       input apparent reflectance            :    0.100                      **       measured radiance [w/m2/sr/mic]       :   38.529                      **       atmospherically corrected reflectance                                 **       Lambertian case :      0.22187                                        **       BRDF       case :      0.22187                                        **       coefficients xa xb xc                 :  0.00685  0.03870  0.06820    **       y=xa*(measured radiance)-xb;  acr=y/(1.+xc*y)                         ********************************************************************************