基于辐射传输模拟与准分析机理模型的水体二向性反射校正模型研究

目前的绝大多数水体定量遥感模型是针对天底观测的遥感反射比开发的，没有考虑水体的二向性反射问题。Morel和Gentili [Morel and Gentili, 1991; 1993; 1996]以及Morel等[Morel, et al., 2002] 的研究表明水体向上辐亮度分布是非各向同性的，并且针对不同叶绿素浓度、波长、太阳天顶角、观测天底角与方位角开发了基于查找表技术的二向性反射校正模型。但是该查找表是基于I类水体的生物光学模型开发的，很难应用于沿岸及内陆水体。我们开发的水体二向性校正模型将基于现有的和MVSM在不同沿岸水域现场测量相函数以及准分析模型[Lee, et al., 2002; Lee, et al., 2009]，而且模型将分别考虑水分子和悬浮物的后向散射贡献[Lee, et al., 2004]。水体二向性反射校正模型对于遥感数据高精度定量反演具有重要意义。

水色要素反演模型大都不考虑水体辐亮度空间分布的方向性，这会引入角度效应带来的误差。基于辐射传输模拟技术和准分析算法的水体二向性反射校正模型充分考虑了水体向上辐亮度的各向异性，把离水辐亮度或遥感反射率纠正到太阳入射天顶角和观测天顶角为0°（或某一特定角度）的方向，减弱了角度效应的影响。首先，把固有光学量（相函数、吸收系数、后向散射系数等）、风速、叶绿素浓度、边界条件等输入辐射传输模拟软件Hydrolight进行模拟，得到不同角度组合、波长下的遥感反射率。再通过最小二乘法拟合得到不同太阳天顶角、观测天顶角、方位角的角度参数G(Ω)查找表。然后，根据二向性反射校正理论，把带有角度信息的遥感反射率输入准分析算法，计算得到吸收系数和后向散射系数，选取垂直观测方向或者某一特定角度的G参数G(Ω0)，对需要校正的遥感反射率进行校正，得到归一化的遥感反射率。利用模拟数据集和实测数据集分别进行了水体二向性反射校正模型的验证。首先，利用Hydrolight模拟数据集进行验证，比较了不同角度组合下的经过二向性反射校正的和没有经过校正的遥感反射率与角度为0°的遥感反射率的差别，并分析了误差随角度的变化情况。然后，用NOMAD实测数据中满足条件的部分数据集验证了基于准分析算法的水体二向性反射校正模型的第一步，即IOP反演的验证，结果表明，吸收系数的反演精度要高于后向散射系数。