1 观测几何
因为离水辐亮度Lw在天顶角0~400范围内变化不大,所以为避开太阳直射反射(Sunglint,Specular reflection),观测几何按以下方式设定:
测量海面辐亮度的仪器,简称海面辐亮度计;
测量天空光辐亮度的仪器,简称天空光辐亮度计;
测量太阳入射辐照度的仪器,简称辐照度计。
海面辐亮度计和天空光辐亮度计确定的观测平面称为仪器观测平面。
因此,仪器观测平面与太阳入射平面的夹角fv~135°;
海面辐亮度计与海面法线方向的夹角qv~40°;
天空光辐亮度计观测方向的天顶角与qv相同。
2 观测参数
2.1 海面入射辐照度(或海面向下辐照度)
符号Es或Ed(0+),0+表示水面以上。如果没有特指,即为总辐照度。
附注:辐照度定义
单位投影面积的辐射通量。辐亮度的符号为E,单位为W/m2,如果是单位光谱波长上的,单位为W/m2 mm。海洋光学中常用单位为mW/ cm2 nm或mW/ cm2 mm 。
…………………………………(22)
式中:E(l) ——波长为l的光谱辐照度;
F(l) ——光谱辐射通量;
A ——面积,单位m2。
2.2 海面辐亮度和天空光辐亮度
附注:辐亮度(辐射率)radiance定义
单位投影面积、单位立体角上的辐射通量。辐亮度的符号为L,单位为W/m2sr,如果是单位光谱波长上的,单位为W/m2 mm sr。海洋光学中常用单位为mW/ cm2 nm sr或mW/ cm2 mm sr。
辐亮度具有方向性,因此也是方位角j和观测角q的函数。角度的参考坐标系为右手螺旋法则,z轴向上。
(23)
式中:L(l,j,q) ——波长l、方向为(j,q)的光谱辐射亮度;
F(l) ——光谱辐射通亮;
E(l)——光谱辐照度,单位是W/m2 mm;
A ——面积,单位m2;
W ——立体角,单位sr。
3 推导参数
3.1 离水辐亮度(water-leaving radiance)
符号Lw ,含义为经水—气(water-air)界面反射和透射后的Lu(0–),
(24)
其中:n——位水体折射系数,一般取1.34;
rwa——水气界面的反射率,与海面粗糙度、入射角度有关。
3.2遥感反射率(Remote sensing reflectance),符号Rrs,单位 sr-1。
4 算法
4.1 第一步处理
每一测点的曲线至少大于10条以上,即天空光、海面辐亮度和太阳入射辐照度每个辐射计分别至少测量有10光谱曲线以上.
数据处理时,剔除的原则是:剔除所有数值较高的曲线,保留数值较低的曲线,然后进行平均。程序中具有选择、剔除和平均的功能。
4.2 计算公式
4.1处理后,剩下三条光谱,即天空光、海面辐亮度和太阳入射辐照度,
首先进行光谱波长插值,使三个光谱仪的波长插值到同一波长序列上。
此时,离水辐亮度为:
(36)
其中,Lsw为海面辐亮度,
Lsky为天空光辐亮度,
r = r(W,q,f,q0,f0)为气—水界面对天空光的反射率,取决于太阳位置、观测角几何、风速(海面粗糙度)、风向(海面粗糙度)等因素。在实际数据处理时,由于影响气水界面的反射率的因素太多,以前多数工作采用固定值,如0.022 ~ 0.025。根据最新的研究结果表明,对于(40°,135°)观测几何,水表反射率随风速变化在0.026~0.06之间。对于晴天且风速小于5 m/s的情况,或完全云覆盖(Overcast),可以近似采用固定值0.025或0.028。此处程序中设置一个用户可以填写的文本框,先默认填写0.028,然后用户可以修改。
遥感反射率为:
……