一、科学问题描述
辐射传输模型是研究电磁波在传感器与地面物体之间传输过程的重要基础，在根据卫星数据来反演植被，大气等特性方面具有重要指导意义。传统的方法需要进行大气校正操作，因此就要测量许多情况下未知的大气特性（例如，气溶胶特性和水蒸气含量）。而且大多数大气校正通过假设朗伯表面反射和 TOC（冠层顶） 反射率校正后获得的最多是冠层实际定向反射率的近似值。同时获取大气特性的传统方法基于局部或区域大气光度测量，由于 TOA（大气顶） 反射率卫星数据与用于大气校正的大气特性之间的获取时间和地理位置可能不匹配，从而对从遥感数据中反演表面特性造成限制。而SPART模型的提出让这一研究过程更加的高效，准确。该模型模拟了电磁波在土壤，植被，大气三层介质之间的传输过程，揭示了地物与卫星传感器之间的能量传输过程，解释了传输过程中的能量变化问题，并反演了植被与大气的特性。
图1 SPART模型框架图
二、模型资源描述
SPART模型即“soil-plant-atmosphere radiative transfer model”，是一种用于研究土壤、植物、大气之间辐射传输过程的模型。该模型是由分别对土壤 (BSM)、植被冠层 (PROSAIL) 和大气 (SMAC) 使用三种计算效率高的辐射传输模型，子模型采用四流理论和相加法耦合而来。该模型通过模拟植被，大气，土壤等之间的辐射传输过程对TOA（大气顶），TOC（冠层顶）反射率进行计算，进而能够直接从TOA反射率中来反演植被和大气特性，跳过了辐射传输模型反演模式中的的大气校正过程。与传统方法相比，SPART模型具有以下优点：
（1）与三种单独的模型相比，包含大气 SMAC 模型中的非朗伯表面反射率
（2）计算效率高
（3）植被和大气模型基于混沌介质表示，排除了水平异质性
（4）直接从 TOA 观测中进行反演，无需进行大气校正步骤
（5）通过光谱卷积和辐射传输建模，定量的考虑传感器特性和观测几何，使来自不同传感器和观测条件的观测结果具有可比性。
三、模型可执行程序
SPART模型文件包含：
四个文件夹：inputdata文件夹，output文件夹，some_examples文件夹，src_SPA-RT文件夹。
两个m文件：“run_SPART”(用于运行SPART模型的代码)，“run_SPART_some_examp-les”(用于运行SPART模型中一些例子的代码)
两个excel表格：SPART_input_user_defined（用于运行SPART模型时需要输入的一些参数，SPART_input_user_defined_default（运行SPART模型时输入的默认参数）
（1）其中inputdata文件夹中包含三个子文件夹：BRDF_files、PROSPECT_BSM_inputs、TOC2TOA_inputs。
1、BRDF_files：包含BRDF角度文件，用做研究不同观测天顶角值对TOA，TOC各向反射率的影响。
2、PROSPECT_BSM_inputs：PROSPECT和BSM模型的输入参数，其中包括光学输入参数等数据。
3、TOC2TOA_inputs：用于将TOC反射率转换成TOA反射率的输入参数，其中包括Landsat TM/ETM，Sentinel3A/B-OLCI，TerraAqua-MODIS各个传感器的参数信息，Sent-inel3A-OLCI，TerraAqua-MODIS的光谱响应函数以及地外辐照度。
（2）output：运行模型时的输出文件，主要为TOA，TOC反射率信息，同时还包含一些波长等信息，如下图所示，每个文件夹中都包含不同卫星传感器的反射率输出信息。
（3）some_examples：SPART模型中的一些例子，用于根据不同的参数进行局部敏感性分析、BRDF模拟操作并绘制相应的图形，这些例子需要借助“run_SPART_some_exam-ples”文件在matlab中运行。
（4）src_SPART：SPART模型中定义的一些函数文件，包括数据读取、辐射传输模型，光谱卷积等函数文件，用来简化SPART模型的运行。当运行SPART模型时将会用到这些函数，在matlab软件中打开“run_SPART”文件点击运行即可运行SPART模型。
四、数据处理流程
SPART模型是对BSM，PROSAIL，SMAC模型的耦合，整个模型的处理流程如下图所示，首先根据BSM模型计算土壤反射率，再将获得的土壤反射率及其他参数通过PROSAIL模型进行计算得出冠层顶反射率，最后通过SMAC模型将冠层顶反射率转化为大气顶反射率。
五、输入数据参数及结果
SPART模型的输入数据主要包括三个方面：用于BSM辐射传输模型的输入、用于PROSAIL辐射传输模型的输入、用于SMAC辐射传输模型的输入。SPART模型的输出结果主要为模拟得到的TOC反射率（R_TOC）和TOA反射率（R_TOA），以及还包括由TOA反射率转化而来的TOA光谱辐射率（L_TOA）