基于辐射传输模型和短时相组合遥感数据的积雪反照率反演方法研究

积雪具有较强的异向性散射特性，朗伯体假设会造成很高的反照率反演误差，因此，对于积雪地表反照率反演，BRDF模型的选择和有效引入都对反演的"异向性校正"非常重要。针对目前MODIS数据的积雪地表反照率反演算法的不足，如：(1)相对于表面状态变化较快的积雪地表，16天的产品时间周期较长；(2)高太阳天顶角或高纬度地区积雪反照率反演误差较大，说明积雪地表的异向性校正有待提高。为改进积雪反照率算法，本研究利用短时相（3-5天）组合多角度数据和基于辐射传输理论的BRDF模型（如改进的Hapke模型），进行积雪表面异向性校正、反照率提取算法研究。重点改进BRDF模型进行积雪表面异向性校正的方法，以达到提高反演精度和缩短反演产品周期同时兼顾的目的。建立起用于积雪地表关键参数反演的拟合公式，实现积雪地表异向性校正、反照率反演快速算法，以满足气象、水文、生态等研究对大范围积雪地表反照率数据的需求。

项目研究以积雪为研究对象，利用短时相组合多角度数据和基于辐射传输理论的BRDF模型，进行积雪表面异向性校正、反照率提取算法研究。重点改进BRDF模型进行积雪表面异向性校正的方法，以达到提高反演精度和缩短反演产品周期同时兼顾的目的。根据研究目标，项目开展了以下3个方面的研究：（1）发展了辐射传输理论积雪模型参数反演的改进方法；发展了基于Hapke AMSA模型参数反演的改进方法。利用该方法对离散、有限的多角度实测数据反演积雪表面模型参数，并通过反演参数正演模拟积雪方向光谱，从而有利于准确地计算积雪半球空间反射能量。（2）建立了基于辐射传输理论的积雪BRDF模型查找表，以及积雪二向性反射形状指示因子与BRDF关键参数的拟合公式；开展积雪二向性反射因子数据模拟，建立针对MODIS反射率波段积雪BRDF模型查找表，进行积雪BRDF模型关键参数单次散射反照率和非对称因子的对应关系分析研究，并建立了异向性因子与BRDF关键参单次散射反照率的拟合公式。（3）初步发展了基于辐射传输模型和短时相遥感数据的积雪反照率反演算法；建立了组成适于准确反演的多角度观测数据的一般准则，对MODIS数据进行多角度数据组合、反演BRDF模型参数，并利用反演参数对BRDF模型做半球积分获取窄波段黑空反照率和白空反照率，通过多项式拟合公式转换窄波段为宽波段反照率；经实测数据验证和比较，发展的算法具有优于MODIS反照率产品的较好精度。