【正文】 ? ? ? ? ? ????T R T R大氣層頂 方向反射率 地表 白空反照率 地表 二向反射率 28 大氣對地表反照率的影響 波譜反照率向?qū)挷ǘ畏凑章兽D(zhuǎn)換的過程 大氣下界的太陽輻射是波譜反照率向?qū)挷ǘ畏凑章兽D(zhuǎn)換的權(quán)重函數(shù)， 該參數(shù)受到大氣狀態(tài)的影響。 2 ) ( , ) s i n co s( , , 2 。 , ) s i n c o s( , )r i ii i r i i r r r r r ri i idD H R f d dd??? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ????? ? ?? ??2 / 200( 2 。 , 。 , 。 , )( , 。 , 。 , 。 反照率是地 氣系統(tǒng)的不確定因子 7 地表反照率和全球變化 全球變化的驅(qū)動因子 8 溫室氣體 云和氣溶膠 土地利用 植被狀況 海流 海冰 地表反照率 地表反照率和全球變化 ? 地表反照率的增加，會導(dǎo)致凈輻射的減小，感熱通量和潛熱通量減少，進(jìn)而造成大氣輻合上升減弱，云和降水減少，土壤濕度減小，使得地表反照率增加，形成一個正反饋過程 ? 冰雪 反射率 溫度之間存在“正反饋過程” ,即冰雪的覆蓋增大地表的反照率，使地 氣系統(tǒng)吸收的輻射減少 ,從而降低氣溫，而降溫又將進(jìn)一步使冰雪面積擴(kuò)展，反照率繼續(xù)增大，造成溫度越來越低 ? 極地海冰融化造成反照率的增加，從而更多的吸收太陽輻射，氣溫升高，加速海冰的融化 地表反照率對氣候變化的反饋機(jī)制 9 地表反照率和全球變化 Snow 10 April: Uniform white surface July: Variegated darker surface 10 Data from Scanning Multichannel Microwave Radiometer (SMMR) on NASA’s Nimbus 7 satellite and from Special Sensor Microwave Imagers (SSMI) on Defense Meteorological Satellites. Plot credit: Claire Parkinson, et al., J. Geophys. Res., 1999. 地表反照率和全球變化 N. Hemisphere MonthlyAverage Sea Ice Extent 11 地表反照率和全球變化 Muir Glacier near Juneau in SE Alaska retreated more than 7 km from 1973 to 1986. By 1986, Burroughs Glacier (A), cut off from its source of ice, was collapsing into a melting ice field. 1973 1986 12 2. 反照率的計算和決定因素 13 地表反照率的計算 地表的波譜特性和特點 地表的二向反射特性 大氣對地表反照率的影響 地物 波譜特性 地物的 二向反射 大氣 輻射傳輸 地表二向反射因子的在角度維和波長維積分的結(jié)果。L/O/G/O 第四章 地表反照率遙感 授課人：劉 強(qiáng) Email： 研究領(lǐng)域：多角度遙感模型與反演 1 典型陸表及大氣參數(shù)的遙感反演與模擬 課程回顧 ? 第一章 定量遙感基礎(chǔ) – 物理基礎(chǔ) ? 電磁波描述參量的定義 ? 地物反射的波譜和方向特性 – 輻射傳輸理論 ? 典型地表的二向反射模型 ? 第二章：葉片及植被冠層模型 ? 第三章：熱輻射方向性模型 2 5 本章提綱 地表反照率的研究意義 反照率的計算和決定因素 全球反照率產(chǎn)品及其特點 地表反照率研究展望 1 2 4 《 課間休息 》 常見的地表反照率遙感算法 3 3 第四章：地表反照率遙感 1. 地表反照率的研究意義 4 什么是地表反照率 地表反照率與全球變化 什么是反照率？ 反照率通常是指物體反射太陽輻射與該物體表面接收太陽總輻射的兩者比率或分?jǐn)?shù)度量，也就是指反射輻射與入射總輻射的比值。 ? 陸面、土壤的性質(zhì)和植被類型不同 ,也能使反射率改變 ,但這些差異一般不超過 10～ 20％。 二向反射的概念是指物體表面反射光 線 的能力與入射和反射光 線 的方向有關(guān)，二向性反射分布函數(shù)（ Bidirectional Reflectance Distribution Function, BRDF）定義如下（ Nicodemus， 1997）： ( , 。 )( , 。 ( , 。在主平面上顯示的植被冠層的二向反射特點 遙感中常用的二向反射圖示方法還有兩種： 21 地表的二向反射特性 反映地表的二向反射的照片 Photograph by Don Deering 22 地表的二向反射特性 反映地表的二向反射的照片 Photograph by Don Deering 23 地表的二向反射特性 反映地表的二向反射的照片 Photograph by Don Deering 24 地表的二向反射特性 ? 二向反射分布函數(shù) ? 方向 半球反射率（ DHR） ? 漫射半球 半球反射率（ BHR_diff） ? 半球 半球反射率（ BHR） 窄波段地表反照率和二向反射的關(guān)系 ( , 。 )( , 。 2 ) ( , 。 2 ) s i n c o s( 2 )ri i i i i iidB H R d i f f d dd????? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ???? ? ?? ??2 / 2002 / 200( , 。 2 ) _ ( 2 。 Pokrovsky, O. 2022. Land surface albedo retrieval via kernelbased BRDF modeling: I. Statistical inversion method and model parison. Remote Sensing of Environment 84, no. 1: 100119. 基于 BRDF模型反演的反照率算法 核驅(qū)動模型對觀測數(shù)據(jù)的擬合能力 39 Bicheron amp。 以黑空反照率為例，公式為： 窄波段反照率的計算 22001( ) ( ) ( , , , ) s i n co s( ) ( , )b i j j i v v v vjk k ikf k d dfh???? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ??? ? ???? ?????????? ?2 2022( , ) ( , , , ) sin c o sk i k i v v v vh K d d??? ? ? ? ? ? ? ? ? ??? ??42 基于 BRDF模型反演的反照率算法 BSA的計算 ? BSA是太陽天頂角的函數(shù)，算法給出任意太陽角的 BSA計算公式 ? 也給出對應(yīng)于 局地正午太陽 角的 BSA值 窄波段反照率的計算 230 1 22 3 2 30 1 2 0 1 2( , ) ( ) ( )( ) ( ) ( ) ( )bs iso iso iso isov ol v ol v ol v ol ge o ge o ge o ge of g g gf g g g f g g g? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ?? ? ? ? ? ?43 基于 BRDF模型反演的反照率算法 WSA的計算 真實反照率的計算 存在的問題 觀測數(shù)據(jù)對應(yīng)的太陽角比較單一，用這樣的數(shù)據(jù)反演的BRDF模型在預(yù)測 WSA或其他太陽角度下的 BSA會出現(xiàn)較大誤差，即對反照率的日變化不能很好刻畫。（ HendersonSellers and Wilson 1983）；全球氣候觀測系統(tǒng)（ GCOS）提出地表反照率產(chǎn)品應(yīng)達(dá)到的精度要求是相對精度優(yōu)于 5%，或者絕對精度優(yōu)于 。得到反照率初級產(chǎn)品 2。 算法原理： AB1：對太陽 /觀測角度空間網(wǎng)格化，認(rèn)為每一個網(wǎng)格上存在方向反射率與反照率的經(jīng)驗關(guān)系，通過分析 POLDERBRDF訓(xùn)練數(shù)據(jù)集提取線性回歸系數(shù)，然后轉(zhuǎn)換到 MODIS波段。 輸入： MODIS每日大氣校正產(chǎn)品（ MOD09GA MYD09GA1） 輸出： 反照率初級產(chǎn)品 1（每日無云像元的寬波段黑空、白空反照率） 52 GLASS反照率算法 （ AB1） AngularBin1 (AB1)算法技術(shù)路線： 分析 POLDERBRDF數(shù)據(jù)，進(jìn)行質(zhì)量篩選和地表分類 用經(jīng)驗?zāi)Ｐ蛿M合 POLDERBRDF，計算反照率，并獲得插值到網(wǎng)格的 BRDF 根據(jù)訓(xùn)練數(shù)據(jù)，建立每一個網(wǎng)格點的回歸系數(shù) 回歸系數(shù)轉(zhuǎn)換到 MODIS波段，保存查找表 分網(wǎng)格的反照率回歸系數(shù)查找表 讀入 MODIS方向反射率，根據(jù)波譜特征分類 根據(jù)地表分類以及太陽/觀測角度查表，獲得反照率回歸系數(shù) 根據(jù)輸入數(shù)據(jù)質(zhì)量標(biāo)志判斷無云數(shù)據(jù)，生成陸表反照率初級產(chǎn)品 1 建立查找表 使用查找表 53 GLASS反照率算法 （ AB1） 訓(xùn)練數(shù)據(jù)的來源： POLDERBRDF數(shù)據(jù)集 從 POLDER 3傳感器全球數(shù)據(jù)中提取， 經(jīng)過去云和大氣校正， 6公里分辨率， 選取典型均勻像元， 20222022年每 月觀測數(shù)據(jù)的集合。 現(xiàn)有核驅(qū)動模型用于冰雪效果不好 原因是冰雪存在強(qiáng)烈的前向散射， 因此基于 RPV模型 (Rahman, Pinty amp。相對方位角采用 5度間隔，共計劃分為 40個間隔 (0180度 )。 √ 結(jié)果穩(wěn)定，效果差別不大 結(jié)果不穩(wěn)定，受噪聲影響非常大 回歸方法： 考慮約束條件的最小二乘法。 另有一些缺失是因為 算法未能正確處理 冰雪地表。 ? 相對于 LAI等參數(shù)，地表反照率的遙感反演是比較直接的，精度較高，但是仍然達(dá)不到應(yīng)用對反照率精度的需求。 對空間維降尺度方法的特殊說明： 1公里數(shù)據(jù)降尺度到 5公里時，像元幾何位置存在不確定性，另外，不同年份像元的覆蓋類型會有變化。 2202,2,39。采用ISODATA分類算法將該區(qū)域分成了 10類，將這 10類聚合成三大類，分別是：灌木和土壤、草地、草地和土壤） ,具體分到哪一類是基于目視解譯確定的。 項目組已收集的數(shù)據(jù) GLASS反照率產(chǎn)品的初步驗證 80 站點資料的整理 編程提取每日局地正午時刻的下行短波輻射、反射輻射和反照率 站點均勻性評價： 根據(jù)高分辨率遙感圖像目視解譯分為 AD四級。 RossThickLiSparseR核組合能夠描述 BRDF中的哪些特征，不能描述哪些特征？ RE： RossThick描述了多次散射引起的 BRDF碗邊特征，LiSparseR描述了遮擋和陰影引起的 “熱點 ”現(xiàn)象，這兩個核都不能描述鏡面反射引起的前向散射特征。 （ 3）北緯 70度到 90度以及南緯 70度到 90度的區(qū)域反照率出現(xiàn) 0值是因為該地區(qū)光照太小無法形成有效觀