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機載WIDAS地表觀測的BRDF原型反演算法驗證
關(guān)鍵詞：遙感 黑河 modis 機載widas 核驅(qū)動模型
摘要：地表反照率表征地面對太陽輻射的反射能力,在地表能量平衡中起著重要的作用。2008年黑河的WATER實驗中,針對機載紅外廣角雙模式成像儀(WIDAS)觀測角度小的特點,發(fā)展了一種基于MODIS二向性反射分布函數(shù)(BRDF)原型估算WIDAS反照率的算法。然而,在2012年黑河HiWATER實驗中,WIDAS的觀測角度范圍由早期30°觀測天頂角升級為最大觀測天頂角52°,這一改造對數(shù)據(jù)預(yù)處理(輻射定標(biāo)、大氣校正和多角度配準(zhǔn))產(chǎn)生影響,使WIDAS數(shù)據(jù)出現(xiàn)明顯的噪聲,為WIDAS地表反照率的反演帶來新挑戰(zhàn)。針對新問題,采用新的地表觀測數(shù)據(jù),進一步驗證了BRDF原型算法反演機載WIDAS反照率的能力。為了獲取準(zhǔn)實時BRDF先驗知識,基于核驅(qū)動模型和各向異性平整指數(shù)(AFX)首先準(zhǔn)實時提取了實驗區(qū)5種MODIS的BRDF原型;然后,將其作為先驗知識應(yīng)用到黑河WIDAS機載數(shù)據(jù)的反照率反演中;最后,利用實驗區(qū)的反照率實測數(shù)據(jù)進行算法驗證。本研究比較了3個算法處理該問題的能力:(1)基于BRDF原型作為先驗知識的算法;(2)完全基于核驅(qū)動的全反演算法;(3)基于朗伯假設(shè)的方法,通過算法對比分析,可更好地分析驗證算法(1)的性能。結(jié)果表明:(1)BRDF原型算法反演精度最高且穩(wěn)定,尤其是當(dāng)觀測數(shù)據(jù)位于垂直主平面時,全反演算法由于缺少大角度觀測數(shù)據(jù)的約束,更容易出現(xiàn)異常值;BRDF原型算法的最大絕對誤差為0.034,相對于全反演算法和朗伯假設(shè)方法精度分別提高了約18%和71%;(2)針對2012年黑河機載WIDAS觀測噪聲較大的新問題,BRDF原型反演算法表現(xiàn)出了良好的抗噪聲性能。通過對WIDAS反照率反演和驗證進一步表明,在多角度觀測數(shù)據(jù)信息量不足以進行全反演,且觀測受噪聲影響較大時,BRDF原型作為先驗知識,提供了一種有效解決該問題的手段,對提高反照率反演的精度、增強反演的穩(wěn)定性有重要作用。
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