基于积雪随机辐射传输的遥感尺度问题研究

The scale issue is the core problem of quantitative remote sensing, and plays an important role in the study on uncertainties of remote sensing. The current work, which mainly focused on special case studies, cannot achieve the researches in the case of continuous scaling, and then hardly produced a universal theoretical methodology. With snow remote sensing, this project aims to provide a stochastic calculus-based research framework for the scale issue in radiative transfer modeling. Firstly, a multilayer snow stochastic medium with the ability of scale transformation is proposed, and the corresponding stochastic model is deduced by a microwave emission model of layered snowpack. Secondly, the stochastic calculus-based scale transformation theory is introduced to analyze the scale-dependent uncertainties of this stochastic model. Finally, the output of this stochastic model are compared with common remote sensing data products. By integrating the scale transformation theory, stochastic medium and stochastic radiative transfer model, this project provides a detail stochastic calculus-based framework to improve the universal understanding of the scale issue in quantitative remote sensing.

尺度问题是定量遥感研究领域的核心问题，对遥感科学的不确定性研究具有重要意义。已有的工作主要集中于特例研究，忽视了连续尺度转换下的分析，难以形成普适性的理论认知。本项目拟以积雪遥感为例，提供一种基于随机微积分理论的遥感辐射传输中尺度问题的研究框架。首先发展一个具有尺度转换能力的多层积雪随机介质的构建方法，并基于一个多层积雪的辐射传输模型构建该积雪随机介质的随机模型；其次引入基于随机微积分等数学理论的尺度转换理论，探讨该随机模型依赖于连续尺度变换的不确定性；最后使用遥感数据产品对随机模型的结果进行对比验证。该研究发展并有机整合了尺度转换理论、随机介质和随机辐射传输模型，提供了用随机微积分理论研究尺度问题的具体思路，有助于推动普适性认知遥感尺度问题的进程。

通过构建随机辐射传输模型研究遥感科学的尺度问题。根据积雪的微波辐射散射特征，构建具备尺度转换能力的积雪随机介质模型并给出积雪光学厚度（或散射系数）的概率分布特征，在此基础上建立积雪随机辐射传输模型；利用积雪随机介质的尺度转换方法将尺度转换理论显式地表述于随机辐射传输中，给出特定条件下的解析解和数值解；对依赖于尺度的陆面过程模拟与同化进行不确定性的评估。项目定量地评估因为尺度问题而引起的不确定性，探寻用随机微积分研究遥感科学中尺度问题的方法，对于遥感尺度问题的研究具有重要的示范作用。