基于航空偏振数据的地表BPDF模型优化研究

大气与环境光学学报 ›› 2016, Vol. 11 ›› Issue (2): 125-133.

基于航空偏振数据的地表BPDF模型优化研究

舒存铭1,2, 孙晓兵1, 王涵1,2, 龚冠源1,2

（1中国科学院安徽光学精密机械研究所中国科学院通用光学定标与表征技术重点实验室, 合肥 230031;
2中国科学院大学, 北京 100049）

收稿日期:2015-03-17 修回日期:2015-03-27 出版日期:2016-03-28 发布日期:2016-03-18
通讯作者: 舒存铭（1988-），男，湖北黄冈人，硕士研究生，主要从事偏振光学遥感方面的研究。 E-mail:shucunming2008@163.com
作者简介:舒存铭（1988-），男，湖北黄冈人，硕士研究生，主要从事偏振光学遥感方面的研究。
基金资助:
中国科学院科技创新重点项目（KGFZD-125-13-006）、国家973计划项目（613225-02）资助

Model Optimization of tDidirectional Polarization Reflectance Distribution Function of Land Surface Based on Airborne Polarimetric Data

SHU Cunming1,2, SUN Xiaobing1, WANG Han1,2, GONG Guanyuan1,2

(1 Key Laboratory of Optical Calibration and Characterization, Anhui Institute of Optics and Fine Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Hefei 230031, China;
2 University of Chinese Academy of Siences, Beijing 100049, China)

Received:2015-03-17 Revised:2015-03-27 Published:2016-03-28 Online:2016-03-18

摘要/Abstract

摘要：

针对航空偏振气溶胶反演涉及的地表双向偏振辐射分布函数（BPDF）特性问题，分析了地表双向偏振反射分布物理机理，结合经典地表BPDF模型参数特点，提出了基于阴影方程和归一化植被指数的优化地表BPDF模型。利用航空辐射偏振遥感数据，验证了新模型的精度，相对于实测结果，平均相对偏差小于9.9%。与三种经典模型模拟结果相比，新模型值随不同观测角度变化时，其一致性很好。根据新模型精度，还模拟了地表偏振反射率偏差与气溶胶光学厚度反演误差的关系，发现地表偏振反射率偏差为4×10-4时，带来反演气溶胶光学厚度误差小于0.03，满足气溶胶偏振反演应用要求。

关键词: 遥感, 地表, 偏振, 模型

Abstract:

For the characteristic problem of bidirectional polarization reflectance distribution function(BPDF) in airborne polarimetric aerosol optic depth retrieval, the physics mechanism of BPDF is analyzed, and a BPDF model is put forward combining the characteristic BPDF model with the four classical models. This model is based on the shadow function and normalized difference vegetation index factor. The accuracy of new model is validated by the data of atmosphere multi-angle polarization radiometer, and the relative error is less than 9.9%. Compared with the three classic models, the new model shows good consistency when the viewing angle changes. Based on the accuracy of the new model, the relationship is simulated between the bias of polarized reflectance of land surface and the error of the retrieved aerosol optic depth. The results indicate that only less than 0.03 of the absolute error of the retrieved aerosol optic depth is caused when the polarized reflectance of land surface changed 4×10-4, and the application requirement of polarized aerosol retrieve can be satisfied.

Key words: remote sensing, land surface, polarization, model

中图分类号:

O436

舒存铭孙晓兵王涵龚冠源. 基于航空偏振数据的地表BPDF模型优化研究[J]. 大气与环境光学学报, 2016, 11(2): 125-133.

SHU Cun-Ming, SUN Xiao-Bing, WANG Han, GONG Guan-Yuan. Model Optimization of tDidirectional Polarization Reflectance Distribution Function of Land Surface Based on Airborne Polarimetric Data[J]. Journal of Atmospheric and Environmental Optics, 2016, 11(2): 125-133.

参考文献

[1] Hansen J, Nazarenko L, Ruedy R, et al. Earth's energy imbalance, confirmation and implications [J]. Science, 2005, 308(3): 1431-1435.
[2] Han Zhigang. Aerosol Retrivals over Steppe With POLDER Data—Simulation Model System And Preliminary Tests [D]. Beijing: Doctorial Dissertation of Institute of Atmosphere Physics, Chinese Academy of Sciences 1999: 7-8(in Chinese).
韩志刚. 草地上空对流层气溶胶特性的卫星偏振遥感——正问题模式系统和反演初步实验 [D]. 北京: 中国科学院大气物理研究所博士论文, 1999: 7-8.
[3] Rondeaux G, Herman M. Polarization of light reflected by crop canopies [J]. Remote Sens. Environ., 1991, 38(1): 63-75.
[4] Breon F M, Tanre D, Lecomte P, et al. Polarized reflectance of bare soils and vegetation — Measurements and models [J]. IEEE Trans. Geosci. Remote Sens., 1995, 33(2): 487-499.
[5] Nadal F, Breon F M. Parametrisation of surface polarized reflectance derived from POLDER spaceborne measurements [J]. IEEE Trans. Geosci. Remote Sens., 1999, 37(3): 1709-1718.
[6] Maignan F, Breon F M, Fedele E, et al. Polarized refectances of natural surfaces: Spaceborne measurements and analytical modeling [J]. Remote Sens. Environ., 2009, 113(12): 2642-2650.
[7] Loveland T R, Belward A S. The IGBP-DIS global 1 km land cover data set, DIScover: First results [J]. Int. J. Remote Sens., 1997, 18(15): 3289-3295.
[8] Roujean J L, Leroy M, Deschamps P Y. A bidirectional reflectance model of the Earth's surface for the correction of remote-sensing data [J]. J. Geophys. Res.-Atmos., 1992, 97(D18): 20455-20468.
[9] Leon J F, Chazette P, Dulac F. Retrieval and monitoring of aerosols optical thickness over an urban area using spaceborne and ground-based remote sensing [J]. Appl. Opt, 1999, 38(33): 6918-6926.
[10] Nilson T, Kuusk A. Approximate analytic relationships for the reflectance of agricultural vegetation canopies
[J]. Sov. J. Remote Sens., 1985, 4(5): 814-826.
[11] Waquet F, Leon J F, Cairns B, et al. Analysis of the spectral and angular response of the vegetated surface polarization for the purpose of aerosol remote sensing over land [J]. Appl. Opt., 2009, 48(6): 1228-1236.
[12] Hansen J E, Travis L D. Light scattering in planetary atmospheres [J]. Space Sci. Rev., 1974, 16: 527-610.
[13] Deuzé J L, Bréon F M, Devaux C, et al. Remote sensing of aerosols over land surfaces from POLDER-ADEOS-1 polarized measurements [J]. J. Geophys. Res.-Atmos., 2001, 106(D5): 4913-4926.

[1]	张苗苗, 温渊, 朱思峰, 谢艳清, 李迎杰, 李云端, 洪津, 刘振海, 骆冬根, 宋茂新, 王羿 . 高光谱观测卫星偏振交火工程设计及在轨性能评估[J]. 大气与环境光学学报, 2023, 18(4): 295-309.
[2]	朱思峰, 朱梦瑶, 伽丽丽, 许华, 李正强, 谢一凇, 洪津, 涂碧海, 孟炳寰 . 高分五号 02 星多角度偏振成像仪在轨辐射性能初步评价[J]. 大气与环境光学学报, 2023, 18(4): 310-322.
[3]	董鉴韬, 李正强, 谢一凇, 樊程, 洪津, 戴刘新, 顾浩然, 郑杨 . 基于GF-5(02) 卫星DPC数据的2022年春季陆表细粒子气溶胶光学厚度空间分布[J]. 大气与环境光学学报, 2023, 18(4): 323-338.
[4]	翟颖超, 王涵, 赵梅如, 陈科, 李林森 . 山区气溶胶多角度偏振遥感地气解耦方法评估[J]. 大气与环境光学学报, 2023, 18(4): 339-356.
[5]	张苏贵, 张晶晶, 寻丽娜, 孙晓兵, 熊伟, 阎庆, 李穗 . 基于多模态融合的GF-5号遥感图像云检测[J]. 大气与环境光学学报, 2023, 18(4): 371-382.
[6]	郭庭威, 黄红莲, 孙晓兵, 刘晓, 提汝芳 . 环境二号卫星多光谱图像的薄云检测及去除[J]. 大气与环境光学学报, 2023, 18(4): 383-400.
[7]	张丽娟, 杨艺, 张建辉, 赵爱梅, 左辛利, 锡林哈斯, 额定敖其尔, 翁国庆, 毛慧琴, 陈辉, 陈琳涵, 赵少华, 王中挺, 刘诚, 张天舒, 陶明辉, 赖积保, 马鹏飞, 高吉喜. “五基”协同大气环境立体遥感监测系统应用研究(封面文章)[J]. 大气与环境光学学报, 2023, 18(3): 214-226.
[8]	王莉君, 周玉, 万丽娟, 程亮亮. 基于贝叶斯的大数据模型在大气污染成因分析中的应用[J]. 大气与环境光学学报, 2023, 18(3): 227-234.
[9]	曹媛, 宫明艳, 沈非, 麻金继, 杨光, 林锡文, . 中国区域PM2.5浓度估算以及影响因素解析[J]. 大气与环境光学学报, 2023, 18(3): 245-257.
[10]	赵强, 谭璐, 方潜生, 刘常瑜, 马可, 朱曙光, . 基于卫星资料的合肥市热岛效应时空演变及其影响因子分析[J]. 大气与环境光学学报, 2023, 18(2): 153-167.
[11]	胡洋, 高伟, 杨杰. 基于多时相遥感影像的天津市中心城区生态环境质量评价[J]. 大气与环境光学学报, 2023, 18(2): 168-180.
[12]	范轩硕, 吴海滨, 陈新兵, 宋伟 . 基于卫星数据和深度学习方法预测京津冀地区地表 NO2浓度[J]. 大气与环境光学学报, 2023, 18(2): 181-190.
[13]	阎庆, 叶孟孟, 张晶晶, 刘晓, 年福东, 李腾, . 基于预检机制的偏振图像去烟研究[J]. 大气与环境光学学报, 2023, 18(2): 108-118.
[14]	孙二昌, 麻金继, 吴文涵, 杨光, 郭金雨, . Himawari-8气溶胶变分同化对PM2.5污染模拟的改进[J]. 大气与环境光学学报, 2023, 18(1): 59-72.
[15]	侯梦雨, 李正强∗, 谢一凇, 乔瑞, 谢艳清, 伽丽丽, 史正, . 国产卫星多角度偏振传感器的光谱特征云检测方法研究[J]. 大气与环境光学学报, 2022, 17(6): 598-612.