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陆表宽波段反照率是重要的地球物理参数之一,它对于地表能量收支平衡、全球变化和中长期天气预报等领域的研究及应用具有重要意义。然而遥感观测的反射率是与波段相关的,无法观测宽波段反射率。利用遥感手段获取宽波段反照率,必须进行窄-宽波段(Narrowband To Broadband,NTB)转换。反照率NTB转换通过辐射传输模拟,建立遥感观测的窄波段反照率与科学需要的宽波段反照率之间的数学关系,是利用遥感手段反演陆表宽波段反照率过程中的关键步骤。虽然众多全球宽波段反照率产品和已有研究都提出了针对不同遥感卫星的反照率NTB转换方法。然而,很多影响陆表反照率NTB转换精度的不确定性因素还没有被定量分析和全面解决。具体包括:(1)地表反射角度效应对朗伯假设下反照率NTB转换的影响;(2)地表反射特征差异对反照率NTB转换的影响;(3)天空光散射下行辐射分布差异对地表白空反照率NTB转换的影响。本文旨在研究和解决上述不确定性因素对陆表反照率NTB转换的影响,发展具有更高精度和鲁棒性的陆表反照率NTB转换方法。 本文的主要研究内容及结论如下: (1)地表反射角度效应对NTB转换影响的定量评价及优化方法。定义了不同尺度的误差指标来刻画地表反射角度效应对陆表反照率NTB转换在不同层面的影响。利用辐射传输模型对这些指标进行的定量分析揭示了这种影响的逐级衰减过程。利用MODIS和POLDER全球地表反照率产品进行的地面实测验证结果表明,经过逐级地误差衰减,地表反射角度效应对陆表反照率NTB转换的影响由最初的35%(朗伯假设对反照率估算造成的误差)下降到最终的5%(朗伯假设对反照率NTB转换造成的误差)。通过剔除热点和前向大角度观测数据的方法可将这种影响进一步降低2%。 (2)耦合NDVI的分步式陆表黑空反照率NTB转换方法。通过引入NDVI的方式建立NTB转换系数与地表场景之间分步式的对应关系。基于波谱库中收集的5600条典型地物波谱数据,构建了MODIS,POLDER和AVHRR耦合NDVI的分步式陆表黑空反照率NTB转换系数。敏感性分析结果表明,地表反射特征差异对陆表反照率NTB转换的影响与传感器的波段设置有关,对于POLDER和AVHRR这样具有较少波段的传感器,这种影响体现的更为明显。模拟实验验证结果表明,本文方法可将这两个传感器在不同陆表场景下的黑空反照率NTB转换精度提高2%到13%。地面实测验证结果表明,本文方法可将当前POLDER全球地表反照率产品的NTB转换精度总体提高15%,对于较为浓密的植被覆盖地表场景,这一提升可高达35%。 (3)耦合天空光散射比的分步式陆表白空反照率NTB转换方法。通过引入天空光散射比的方式构建NTB转换系数与不同大气下行辐射之间分步式的对应关系,从而削弱大气散射下行辐射差异对陆表白空反照率NTB转换造成的影响。基于MODIS,POLDER和AVHRR的模拟实验结果表明,相比于传统单一型NTB转换系数,本文方法可将陆表白空反照率在不同大气条件下的转换精度提高2%到17%。