基于风云卫星中分辨率数据的地表反照率反演研究

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地表反照率表征地表对太阳辐射的反射能力,是影响地球系统辐射与能量平衡的重要陆表特征参量。地表反照率决定着地球表面与大气之间辐射能量的分配过程,是气候模型中的一个关键因子,且在研究局地气候变化和改进陆面过程模式等方面有重要贡献[2]。本文研究目的在于利用国产风云三号极轨卫星中分辨率光谱成像仪FY-3C MERSI的反射率和角度数据反演全球地表反照率,为FY-3C MERSI地表反照率产品的业务化生产提供技术参考。文章主要研究内容和成果如下:(1)FY-3C MERSI数据预处理。通过对FY-3C MERSI原始HDF数据进行预处理得到FY-3C MERSI 250m分辨率波段1-4地表反射率,主要包括辐射定标、几何校正、影像云检测和6S大气校正。其中,使用图像自动匹配技术进行几何精校正;应用光谱有效性阈值法进行云检测及去除;利用6S大气辐射传输模型结合FY-3C MERSI光谱响应函数对FY-3C MERSI表观反射率数据进行大气校正,得到FY-3C MERSI 4个波段地表反射率数据。在验证区内利用MODIS地表反射率产品对预处理后的FY-3C MERSI地表反射率数据进行交叉验证,结果表明校正后验证区影像地物更加清晰,对比度更高,与MODIS地表反射率产品的相性比校正前更高,最大相关系数达到0.9187,证明了6S大气校正方法对FY-3C MERSI数据进行大气校正的有效性。(2)FY-3C MERSI地表反照率反演方法。分析常规二向反射模型如辐射传输模型、几何光学模型、半经验模型的优势特点,根据FY-3C MERSI传感器和数据特性选择RossThick-LiTransit二向反射核模型作为FY-3C MERSI地表反照率的反演模型;利用约束性线性最小二乘法拟合BRDF模型系数,对模型在角度方向进行积分得到FY-3C MERSI波段14的窄波段地表黑空反照率和白空反照率,空间分辨率为250m。基于6S辐射传输模型和USGS地物反射光谱库数据模拟FY-3C MERSI在各波段范围内的地表反照率值,使用多元线性回归方法分析窄波段地表反照率与宽波段地表反照率之间的线性关系,生成FY-3C MERSI窄波段地表反照率向宽波段地表反照率转换的转换方程,从而得到FY-3C MERSI可见光波段(0.4-0.7μm)的宽波段地表黑空反照率和宽波段地表白空反照率,分辨率均为250m。(3)将反演得到的FY-3C MERSI全球地表反照率数据分别与MODIS、CGLS、GLASS的地表反照率产品在4个验证区进行交叉验证分析。结果表明FY-3C MERSI各窄波段、宽波段地表反照率与同类三个产品之间的相关系数大部分为0.75以上,整体绝对偏差平均为0.068,最小均方根误差达到0.02。结果表明FY-3C MERSI地表反照率产品与MODIS、CGLS、GLASS地表反照率产品在4个窄波段和可见光波段都表现出较好的一致性,反演算法可为FY-3C MERSI地表反照率产品业务化生产奠定基础。
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