SPOT衛星影像之大氣改正模式及水 稻反射率反演精度之評估
二、 SPOT衛星影像反演水稻反射率
1. 使 用 既 有 隻 輻 射 傳 遞 碼 ， 諸 如 LOWTRAN 7 (Kneizys et al., 1988), 5S (Tanre et al., 1990) or 6S (Vermote ° 1997)，決定雷氏散射、O3、H2O 和氣 體 之光厚度(optical depth)；
2. 假設氣膠之物理參數，包括尺寸分布 (Junge size distribution), 折射指數 (refractive index) (指 定 為 1.5322-0.01174i，即大陸型continental model)
。 其 中 初 始 Junge 參 數 νfi 設定為 3 . 0 ， 折 射 指 數 指 定 為 1 . 5 3 2 2 -0.01174i，即大陸型(continental model) 而 尺 寸 範 圍 (size range)設 為 [001,10.0](m (Lenoble, 1985)；
3. 使用米氏理論(Mie theor)決定單次散射 反照率(single scattering albedo)、散射 向函數(scattering phase function)及非對 稱因子(asymmetry factor)；
4. 建立已知反射率之暗密植被DDV(dense dark vegetation)與衛星接受之輻射亮度 (radiance) L=L(AOD)。其中DDV於 XS1 及XS2波段反射率設定為0.03及 0.02 (Kaufman and Sendra, 1988)；
5. 由 SPOT 影像決定 XS1 及 XS2 波段之 D D V 灰 度 值 ， 續 利 用 步 驟 4 求 得 AOD；
6. 使用Angstrom式(Angstrom, 1964)，求
取 fi；
7. 檢驗兩次AOD(XS1)差距是否小於某一 閥 值 ； 若 是 ， 則 執 行 步 驟 6 計 算 AOD(XS3)，若否，計算新的Junge 參 數ν，續執行步驟1。除閥值之外，亦 可 設 定 最 大 疊 代 次 數 ， 以 結 束 此 法 則。
詳細流程如圖 1 。該法則在 Landsat TM影像於美國威斯康辛州試區所得AOD 精度約為0.15(Liu and Vermote, 2000)。
(二) SPOT衛星資料集
在此使用AERONET (AErosol RObotic NETwork) (Holben et al., 1998) NCU_Taiwan站之AOD觀測資料。其所使 用太陽光度計(sunphotometer)之濾鏡現有 波長分別為 440nm 、 500nm 、 670nm 、 870nm、1020nm。但由於缺乏500nm之 AOD，及所關心之SPOT HRV XS1 及XS2 波段，在此僅使用440nm、及670nm AOD 與衛星所反演者比較。在此使用Angstrom formula 內插得太陽光度計 440nm 、及 670nm AOD ，以求得SPOT相應XS1 及 XS2中央波長之AOD，用以驗證SPOT衛 星所反演AOD之精度。
二、 SPOT衛星影像反演水稻反射率
表1. SPOT衛星影像之掃描日期太陽及觀測幾何。
日期 θs* θv** φ***
1998/06/27 20.64 30.35 13.79 1998/11/08 42.49 13.09 119.83 1999/10/13 36.24 25.46 46.46 1999/10/21 37.04 3.57 124.74 2000/09/20 28.98 17.19 52.81
*：太陽天頂角； **：觀測天頂角；
***：相對天頂角=太陽方位角與觀測方位角之差取絕對值。
決定XS3波段之aod
更新Junge v參數 使用Angstrom式決定Junge v 參數
對於XS1和XS2波段，在DDV射率
之假設下，建立此二波段之L=L(aod) 氣膠光學參數
1.單次散射反照率 2.散射相函數 3.反對稱因子 氣膠物理參數 1.折射指數
2.Junge v參數，尺寸範圍
對於XS1波段連續代兩 次之間aod差異 決定XS1和XS2
波中DDV之灰 度值
使用5s, 6s或lowtran7 決定雷氏散射、水氣 和臭之光厚度
圖1. SPOT衛星影像反演氣膠光厚度模式。其中aod, Junge v, DDV 之定義如本文。
(一) SPOT衛星影像大氣改正模式
由上述SPOT衛星影像所反演氣膠光 厚度AOD，使用Liu et al.(1996)發展之同 時反演氣膠及反射率法則，執行SPOT衛 星影像之大氣改正，求取地面反射率影 像。此法則在桃園中壢試區，所得地面反 射率精度約為0.02 (Liu et al.,1996)，適用 於大多數之遙測應用。
(二) 水稻反射率觀測試區
本實驗試區位於台中縣行政院農業委 員會農業試驗所農場，編號74、75、76、
77四個各100 m×50 m面積之精準農業水 稻試驗田。
(三) GER光譜輻射儀與SPOT衛星HRV感 測器之同步觀測
為了能夠驗證SPOT衛星影像所求水 稻反射率之精度，在此使用GER光譜輻射 儀(spectroradiometer) 同步配合 SPOT 衛 星 ， 量 測 水 稻 光 譜 反 射 率 ( s p e c t r a l reflectance)。 為了考慮空間之變異，各試 驗田，均量測12~15次，以求其平均值。 nm~16 nm 不等。為了驗證SPOT衛星上 HRV感測器相關波段之反射率，GER光譜 0.02、0.12 (表2)。雖然此結果令人滿意，
但仍需更多實驗驗證。圖2，則為XS 2波
表2. SPOT衛星影像反演綠光及紅光波段之AOD誤差估算。地面AOD值使 用AERONET中NCU_Taiwan站之資料。使用Angstrom formula將太陽光 度計之兩波長(440nm、670nm)內插至SPOT XS1、XS2兩波段。
XS1 XS2
Max Min RMSE Max Min RMSE 0.14 0.02 0.12 0.13 0.01 0.08
圖5. SPOT衛星影像中水稻像元之反射 率(大氣改正後)與地面量測反射率 之比較。
圖2. SPOT衛星影像所反演之氣膠光厚 度(XS 1 波段)與太陽光度計之比 較。
圖4. SPOT衛星影像中水稻像元之顯反 射率(大氣改正前)與地面量測反射 率之比較。
圖3. 如圖二，但為XS 2波段。
少至0.04。推敲此誤差較過去結果0.02大 (Liu et al.,1996)之原因，(1)可能是因為影 像水稻像元之挑選與GER量測點有所不同
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