MODTRAN使用要点精解

MOD37使用要点MODTRAN文件输出文件输入Edit|EditFileModtranASCIIusr名目下有：Modout1、Modout2、Modout3Modout1包含完整结果，波段平均透过率、辐亮度在最终一段。INTEGRATEDABSORPTIONFROM 625TO25000CM-1= 7170.3120CM-1AVERAGETRANSMITTANCE=0.7058INTEGRATEDTOTALRADIANCE= 2.602227E-03WATTSCM-2STER-1(FROM625TO25000CM-1)MINIMUMSPECTRALRADIANCE= 0.000000E+00WATTSCM-2STER-1/CM-1AT25000CM-1MAXIMUMSPECTRALRADIANCE= 1.168842E-05WATTSCM-2STER-1/CM-1AT 640CM-1BOUNDARYTEMPERATURE=BOUNDARYEMISSIVITY =输入文件数据库文件

0.0001.000文件。1NOVAM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。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Modtran80个波数点的相对响应。扫描函数文件：文件名.SCNModtran1cm-1，为降低输出数据的光谱区分率，Modtran供给了扫描功能，可将输出光谱数据与一个狭缝函数进展卷积运算。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，Modtran2cm-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ModtranDV100c-1FWHM2100cm-12cm-1，波数位于100cm-1采样间隔区的大气强吸取峰或辐射峰均不予计算。MODTRAN概述概述MODTRAN〔中区分率透过率的英文缩写〕是美国空军争论试验室开发的2LOWTRAN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，可向终端用户供给源代码。MODTRAN计算波数范围0－50000cm-1，即最小波长0.2um。按1cm-1波数间隔分割，即计算步长1cm-1。大气分层大气高度0－100km，依据气压、温度、分子吸取与消光系数对大气层进展33层。MODTRANLOWTRAN的比较：LOWTRAN计算的光谱范围与MODTRAN一样，但计算步长为5cm-1，20cm-1。LOWTRAN的近似分子吸取带模型仅有吸取系数、分子密度刻度函数等参数。要用作工作于下层大气和地外表战术系统大气传输计算的关心工具，40LOWTRAN7计算精度大大降低。MODTRAN的分子吸取带模型有吸取系数、谱线密度、平均谱线密度等个温度有关参数。MODTRAN在对1cm-1波数间隔内吸取谱线积分时考虑了谱线的外形。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，由于很多分子不处于局部的热力学平衡状态，不能依据四周的温度确定分子带的辐射。MODTRAN大气透过计算包括：1〕气体分子谱线吸取；3气体分子连续吸取；气体分子散射；气溶胶吸取和散射；MODTRAN路径辐亮度计算包括：1〕大气自身辐射；以单次散射方式进入路径的太阳和/或月亮辐亮度；斜路径对天观看时的直接太阳辐照度；以屡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。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。水平路径2个参数，即观看点高度、路径长度。这里的水平路径系短路径，不是长路径。4斜路径可选用的斜路径参数包括：

观看点高度〕；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： 径的长度大于此值。：天顶角，观看点的重垂线与路径的夹角；： 地心对观看点、源点的张角。36种设置方法：1〕H1，2〕H1，

，H2；，r；3〕H1，H2，r；4〕H2，H1, ；5〕H2，H1, ；6〕H2，

r。5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， ；H1，HMIN；HMIN， ；2种方法主要用于临边探测(LimbViewing)。气溶胶模型烟灰、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，MODTRAN4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)。模型主要有：农村、都市、海洋、对流层、雾等。670％的可溶物质〔氨、硫酸钙及有机化合物〕和占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局部组成，盐颗粒是海水飞沫蒸发后再分散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，唯一不同是没有格外大的颗粒。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80％为农村气溶胶。对流层气溶胶模型代表了一种格外清彻天气条件，能见度50公里。对流层顶部(2-10km)的气溶胶比边界层均匀的多，大颗粒快速削减。同流层底部(10-30km)的气溶胶主要受季节影响，由于对流层顶部的高度是随季节变化的变化。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响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。大气模型大气模型。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。15°。45°，7月。45°，1月；60°，7月；60°，1月346种模型大H2O、CO2、O311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。7MODTRAN屏幕输入MODTRAN的屏幕输入参数有模型大气〔ModelAtmosphere〕、气溶胶(Aerosol)、几何参数和光谱带(GeometryandSpectralBand)3大类，参数输入屏幕上分别用1、2、3〕标注。“模型大气”输入参数屏幕标题：ModelAtmosphere(1)8计算选择MODTRANMODTRANLOWTRAN模型。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一样，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。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。运行方式MODTRAN有透过率〔Transmittanc〕、热辐射亮度〔ThermalRadianc、有散射辐亮度RadiancewithScatterin〕、太阳直射照度DirectSolar等四种运行模式透过率过率之积。透过率运行模式下，可输出以下结果：总路径透过率；H2O，CO2,O3等吸取气体的透过率；分子散射的透过率；9气溶胶透过率。热辐射亮度热辐射亮度模式〔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：总路径透过率〔Trans.Total〕－与路径类型、路径大气吸取、散射的衰减系数有关。路径热辐射〔PathThermal〕－路径大气热辐射的光谱辐亮度。热散射〔ThermalScat〕－路径外大气热辐射经散射进入路径的光谱辐亮度，通常可无视。外表辐射〔SurfaceEmission〕－特定温度、比辐射率边界层外表热辐射产生的光谱辐亮度。地面反射的总辐亮度〔TotalGroundReflected〕－大气热辐射经地面反射产生的光谱辐亮度，通常可无视。10〔TotalRadiance〕–2343〕5〕可无视，总辐亮度2〕4〕辐亮度之和。光学深度〔OpticalDepth〕－单位：Km-1，应是衰减系数，光学深度〔大气质量〕是衰减系数对路的积分。边界层可以是地球、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外表反射率〔SurfaceAlbedo〕，以确定外表放射的辐亮度。边0，此时边界层温度依据大气模型确定。如不用缺省值，用户可输入边界层确实定温度和外表反射率。比辐射率等于〔1－外表反射率01，即认为是黑体。MODTRAN也供给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Snowcover(fresh)Spectralcoverageis1.4to50.micrometers(200to7143wavenumbers)Wavelength RHO EPS反射率 比辐射率1.40.48.521.46.05.951.55.05.951.85.24.761.93.02.982.08.02.982.25.17.832.35.06.942.45.02.983.00.02.98113.20.07.935..02.9820..02.9850.森林.02.98沙漠云12海洋Ocean(notgrazingangles)Spectralcoverageis1.0to14.micrometers(714to10000wavenumbers)WavelengthRHOEPS1.0.03.971.5.03.972.0.02.982.6.01.992.9.05.953.4.02.984.0.02.986.0.02.988.0.01.9910..02.9812..04.9614..06.94HY145°倾角观看海面的路径辐亮度和透过率。输入文件：PcModWin37\Usrer\HY1热辐射辐亮度〔全波段〕.ltn输入参数：中纬度、夏天，23300K0.03。13输出曲线如图，大气热散射、地面反射的热辐射均可无视，观看点的总辐亮CO2吸取带的大气辐射，来自地球外表的辐射可以无视。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，〔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14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。散射辐亮度和观看方向与太阳/月亮照耀的相对位置遥感，计算时须输入太阳/月亮几何位置〔Solar/LunarGeometry〕相关参数。有散射辐亮度运行模式下，可输出以下结果：－与路径类型、路径大气吸取、散射的衰减系数有关。路径热辐射〔PathThermal〕－路径大气热辐射的辐亮度。热散射〔ThermalScat〕－大气热辐射经散射进入路径的辐亮度，通常可无视。外表辐射〔SurfaceEmission〕－特定温度、比辐射率界面热辐射产生的辐亮度。太阳散射辐亮度〔SolarScatterRadianc。－太阳辐射经散射进入路径并到达观看点的辐亮度。单次散射辐亮度〔SingleScatterRadiance〕射辐亮度。总地面反射〔TotalGroundReflected〕－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可无视。直接地面反射〔DirectGroundReflected〕－太阳直射的地面反射的辐亮度〔p3809〕总辐亮度〔TotalRadiance〕－观看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、15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，路径大气热辐射可无视，总辐亮度是路径大气太阳散射和地面反射辐亮度之和。太阳反射辐亮度〔ReflectedSolar〕－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。观看点太阳反射辐亮度〔SolaratObserver〕100％漫反射产生的辐亮度，可作为观看点处太阳辐射的基准。12〕光学深度(OpticalDepth)的积分。HY145°倾角观看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0°。中纬度、夏天，23300K0.03。径大气的热辐射辐亮度之和，大气散射、海面反射均可无视。16阳散射远强于海面反射。太阳直射照度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；太阳透过大气到达观看点的光谱辐照度；路径透过率。这里的大气层外太阳照度或观看点太阳照度商定为正入射照度。太阳的入射照度和地面照度〔天顶角0°，VIS-LWIR〕17太阳的入射照度和地面照度〔0°，VIS-NIR〕至海面大气透过率〔0°，VIS-NIR〕 “气溶胶”输入参数屏幕标题：Aerosole(2)气溶胶模型NoAerosolAttenuation =0=noaerosoleffectsincludedinthecalculationRural-VIS=23km=1=RURALextinction,defaultVIS=23kmRural-VIS=5km =2=RURALextinction,defaultVIS=5kmNavyMaritime =3=NAVYMARITIMEextinction,setsitsownVISMaritime-VIS=23km =4=MARITIMEextinction,defaultVIS=23kmUrban-VIS=5km

=5=URBANextinction,defaultVIS=5km18Tropospheric-VIS=50km =6=TROPOSPHERICextinction,defaultVIS=50kmUserDefined-VIS=23km =7=USERDEFINEDextinction,defaultVIS=23kmFogadvection-VIS=.5km =8=FOG1(advectionfog)extinction,defaultVIS=0.2kmFogradiation-VIS=.2km =9=FOG2(radiationfog)extinction,defaultVIS=0.5kmDesertextinction =10=DESERTextinction,setsitsownVISfromWSS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展修正。“几何位置和光谱带”输入参数屏幕提示：Geometry andSpectralBand(3)路径参数”水平路径、斜路径等〕，再在屏幕3h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。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(umnm)。太阳/月亮几何位置入太阳/3种：输入观看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；观看点经纬度：地经〔0°－360°〕、地纬〔90－90〕19太阳经纬度： 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°〕。输入观看点经纬度、太阳日〔1-365〕和观看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；观看点经纬度：地经〔0°－360°〕、地纬-90－90〕时间： 观看时刻的Greenwich时间；路径方位角： 0-360°〔正北为0°，正东为90°〕。〔视线与日地连线地面投影的夹角〕和观看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°；Nsun pathW EpathlosS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，视线方向由路径的天顶角、方位角202的太阳光入射方向是依据太阳日、时间而定，视线方向仍由路径的天顶角、方位角而定。如何确定观看点太阳的天顶角、方位角可参见附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看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。附录1：MODTRAN计算海洋卫星波段辐亮度HY-1技术参数卫星轨道

2.3卫星平台相关参数798km，降交10:3030min卫星姿轨控三轴稳定，对地定向姿势测量精度偏航 0.3 ，滚动、俯仰0.2姿势指向精度姿势稳定度偏航 0.5 ，滚动、俯仰三轴 0.01 /s0.4HY－1对可见光通道的灵敏度要求为：表2.26测量条件编号 谱段(μm)

S/;NE T〕

NE L1〕1 1〕1 µm-1〕B10.402～0.4229.103490.026B20.433～0.4538.414720.018B30.480～0.5006.564670.014B40.510～0.5305.464480.012B50.555～0.5754.574170.011B60.660～0.6802.463090.008

cm-2

Sr-1

µm-

〔mW cm-2 Sr-21B70.740～0.7601.612020.008B80.845～0.8851.093270.003计算大气层外和海面太阳辐照度3，输入参数：气溶胶模型：洋面〔MaritimeVIS=23km〕;路径参数： 观看点高度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全都。因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：H S kk5900K黑体波段出射度与全波段出射度之比。22大气层外太阳的光谱辐照度为：HH谱段(μm)

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0.402～B10.4220.555～

k2.47E-2

H H HaWcm-2um-1WcmWcm-2um-1Wcm-2um-10.1690.1740.1750.1800.09750.091E-33.50B5 2.56E-20.5750.845～B8 2.85E-20.885

E-33.90E-3计算HY-1处的光谱辐亮度2，输入参数：气溶胶模型：洋面〔Maritime海水： 温度30