自然地表双向偏振反射的野外观测及气溶胶的卫星遥感验证

现有大气和地表的卫星反演方法常常假设地表为朗伯反射面或低偏振的双向反射体。理论和观测表明，自然地表的反射具有二向性和偏振特征(双向偏振反射，pBRDF)，特别是在热点(Hot Spot)或太阳耀斑(Sun Glint)方向。因为信噪比高，热点信号的利用成为当今卫星对地观测的新方向，而热点反射的偏振效应较强，因而忽略地表的pBRDF特性就会在大气及地表的卫星遥感中带来不可忽视的误差。本项目利用自主设计的适用于野外的pBRDF测量系统，针对草地、沙土等的pBRDF进行野外实地观测，并提出将目标反射和环境辐射的各自贡献分离测量方法。同时配套进行地基大气要素测量和探空观测，结合矢量辐射传输模式，对PARASOL卫星的气溶胶产品进行验证。该项目的实施将为地表的pBRDF建模以及我国规划中的下一代风云卫星的偏振遥感提供科学基础。

现有研究结果表明，自然地表的反射具有双向反射特性和偏振特征，即双向偏振反射特征(pBRDF)，但这个特性在现有大气光学遥感，特别是光学遥感中还没有得到充分的应用。在自然科学基金41175028的支持下，设计并研制了可用于小型光谱仪的偏振探测探头，该探头适用光谱范围为400~900nm，偏振角度可实现自动化编程控制。同时研制了适用于野外的双向反射测量系统，结合研制的偏振探头，可实现自然地表的双向偏振反射测量。利用该系统和地基大气气溶胶、气象参数测量及其垂直分布探测，结合我们自主建立的矢量辐射传输模式SOSVRT，对PARASOL卫星测量及产品进行模拟分析和验证，结果表明pBRDF特性是不容忽视的问题，否则对卫星反演可能带来较大误差。该项目的系统研制产品和成果将为地表的pBRDF建模以及下一代风云卫星的偏振遥感提供科学基础和技术支撑。