在MODTRAN可执行文件所在目录中新建一个文本文件,重命名为以tp5为后缀的文件,如StudyAreaETM+_SURREF0.tp5,再新建另一个文本文件,重命名为modroot.in,在文件中输入StudyAreaETM+_SURREF0,这样,MODTRAN应用程序就能通过modroot.in文件找到用户定义的tape5输入参数文件。
本研究中使用的一个tape5文件如下图所示:
从图中可以看出,tape5文件是一个格式化的ASCII文本,其中包含了各种参数的取值。MODTRAN将这些输入参数分为五类,每一类对应一个CARD。上图中第1行是CARD1的参数取值,主要描述了模型的基础设置;第2~3行是CARD1A的参数取值,是对CARD1的补充;第4行是CARD2的参数取值,主要描述了大气性质;第5行是CARD3的参数取值,主要描述了观测几何条件;第6行是CARD3A1的参数取值,第7行是CARD3A2的参数取值,都是对CARD3的补充;第8行是CARD4的参数取值,主要描述了光谱信息;第9行是结束符号。
其中CARD1(大气模式)、CARD1A(大气模式)、CARD2(气溶胶及云雨模式)、CARD3(探测几何模式)、CARD4(波段设置及分辨率)、CARD5(程序的停止或再运行)是必需,其余的可有可无,需根据实际情况设置。
整个tape5文件采用了FORTRAN的文本格式化方案,每个参数都有固定的位置和长度,Manual中对每个参数的格式进行了定义,如CARD1的参数为MODTRN, SPEED, MODEL, ITYPE, IEMSCT, IMULT, M1, M2, M3, M4,M5,M6, MDEF, IM, NOPRNT, TPTEMP, SURREF,其格式定义为2A1, I3, 12I5, F8.3, A7,表示2个字符各占1位,接下来1整数占3位(不足位则在之前用空格补齐,下同),接下来12个整数各占5位,接下来1个浮点数占8位其中小数点后3 位,最后是1个字符占7位。
上图中参数设置的具体信息(格式与含义)如下:
CARD1:
MODTRAN=C(A1,1位字符,使用相关-k模式)
SPEED=S(A1,1位字符,使用慢速计算)
MODLE=3(I3,3位整数,使用中纬度冬季大气模型)
ITYPE=2(I5,5位整数,路径为两高度之间)
IEMSCT=2(I5,5位整数,使用太阳散射辐亮度计算模式)
IMULT=-1(I5,5位整数,卫星高度多次散射)
M1~M6,MDEF=0(I5,5位整数,缺省大气廓线)
IM=0(I5,5位整数,无用户大气廓线)
NOPRNT=1(I5,5位整数,精简输出tape6)
TPTEMP=293.150(F8.3,8位浮点数其中3位小数,地表开尔文温度,数据来源:www.wunderground.com)
SURREF=0.0(A7,7位字符,假设地表无反射)
CARD1A:
DIS=t(L1,1位逻辑,使用DISORT多次散射)
DISAZM=t(L1,1位逻辑,散射与方位角相关)
NSTR=8(I3,3位整数,使用八流近似)
LSUN=f(L1,1位逻辑,缺省太阳辐照度)
ISUN=5(I4,4位整数,推荐平滑系数)
CO2MX=365.00000(F10.5,10位浮点数其中5位小数,推荐二氧化碳体积混合比)
H2OSTR=0(A10,10位字符,缺省水汽柱含量)
O3STR=0(A10,10位字符,缺省臭氧柱含量)
LSUNFL=f(1X,A1,1位空格后1位字符,缺省太阳辐照度文件)
LBMNAM=f(1X,A1,1位空格后1位字符,缺省波段模型文件)
LFLTNM=t(1X,A1,1位空格后1位字符,用户光谱响应文件)
H2OAER=f(1X,A1,1位空格后1位字符,缺省水汽柱光学特性)
SOLCON=空格 (2X,F10.3,2位空格后10位浮点数其中3位小数,TOA太阳辐照度不进行比例调整)
CARD2:
APLUS=空格 (A2,2位字符,缺省气溶胶光谱性质)
IHAZE=1(I3,3位整数,使用乡村气溶胶模式)
CNOVAM=空格 (A1,1位字符,不使用海军海洋垂直气溶胶模型)
ISEASN=0(I4,4位整数,气溶胶季节变化由模型决定)
ARUSS=空格 (A3,3位字符,不使用用户定义气溶胶光学特性)
IVULCN=0(I2,2位整数,使用背景平流层气溶胶剖面和消光系数)
ICSTL=3(I5,5位整数,该参数对乡村气溶胶模式无效,此处为缺省值)
ICLD=0(I5,5位整数,无云无雨)
IVSA=0(I5,5位整数,不使用边界层气溶胶陆军垂直结构算法)
VIS=0.00000(F10.5,10位浮点数其中5位小数,缺省地面气象距离)
WSS=0.00000(F10.5,10位浮点数其中5位小数,该参数对乡村气溶胶模式无效)
WHH=0.00000(F10.5,10位浮点数其中5位小数,该参数对乡村气溶胶模式无效)
RAINRT=0.00000(F10.5,10位浮点数其中5位小数,无降雨强度)
GNDALT=0.00900(F10.5,10位浮点数其中5位小数,地面海拔9米)
CARD3
H1=100.000(F10.3,10位浮点数其中3位小数,2a组合参数1,ETM+的观测高度705km超过了MODTRAN大气上界高度100km)
H2=0.009(F10.3,10位浮点数其中3位小数,2a组合参数2,地面海拔9米)
ANGLE=180.000(F10.3,10位浮点数其中3位小数,2a组合参数3,ETM+是垂直观测)
RANGE=0.000(F10.3,10位浮点数其中3位小数,该参数对2a组合无效)
BETA=0.000(F10.3,10位浮点数其中3位小数,该参数对2a组合无效)
RO=0.000(F10.3,10位浮点数其中3位小数,该参数对2a组合无效)
LENN=0(I5,5位整数,该参数对2a组合无效)
PHI=0.000(5X,F10.3,5位空格后10位浮点数其中3位小数,该参数对2a组合无效)
CARD3A1
IPARM=11(I5,5位整数,模式11)
IPH=2(I5,5位整数,米氏散射相函数)
IDAY=309(I5,5位整数,成像时间为11月5日,计算得到Day of the year)
ISOURC=0(I5,5位整数,辐射源为太阳)
CARD3A2
PARM1=30.333(F10.3,10位浮点数其中3位小数,星下点纬度)
PARM2=240.000(F10.3,10位浮点数其中3位小数,星下点经度换算成格林尼治以西经度)
PARM3=0.000(F10.3,10位浮点数其中3位小数,该参数对模式11无效)
PARM4=0.000(F10.3,10位浮点数其中3位小数,该参数对模式11无效)
TIME=2.333(F10.3,10位浮点数其中3位小数,成像格林尼治时间)
PSIPO=0.000(F10.3,10位浮点数其中3位小数,观测方位角)
ANGLEM=0.000(F10.3,10位浮点数其中3位小数,观测方位角)
G=0.000(F10.3,10位浮点数其中3位小数,观测方位角)
CARD4
V1=350.(F10.0,10位浮点数其中0位小数,初始波长)
V2=2500.(F10.0,10位浮点数其中0位小数,最终波长)
DV=10.(F10.0,10位浮点数其中0位小数,波长增量)
FWHM=20.(F10.0,10位浮点数其中0位小数,推荐为DV的两倍)
YFLAG=R(A1,1位字符,输出辐亮度)
XFLAG=N(A1,1位字符,输出波长单位为纳米)
DLIMIT=- next -(A8,8位字符,分隔线符号)
FLAGS=NTA空格空格空格空格 (A7,7位字符,计算波长单位为纳米,使用较常用的三角形响应函数,FWHM为绝对值,不分解辐亮度和透射率的成分,不保存当前结果,不使用已保存的结果,不限制输出时每行的字节数)
输入参数填写完毕后,运行MODTRAN可执行文件会生成若干输出文件,其中,后缀名为chn的文件包含了针对ETM+波段的运算结果,如下图所示:
其中,第二列和第三列即为MODTRAN模拟得到的辐亮度,这里使用第三列的数据进行计算。由于其单位为W·cm-2·sr-1·nm-1,而辐射定标后得到的辐亮度单位是W·m-2·sr-1·μm-1,因此在使用时需要先进行单位转换,即乘上107。