关键词:
气溶胶光学厚度
双向反射分布函数
辐射传输模型
MODIS
摘要:
分离地表贡献是反演气溶胶光学厚度(AOD)的关键步骤.传统针对单角度载荷开发的反演算法通常假设地表为均一朗伯体,忽略了地表的各向异性,从而带来了误差.然而,由于信息量不足考虑地表特性会产生病态反演问题,因此需要引入先验知识刻画地表各向异性参数.通常使用一定时间范围内均值作为地表参数的先验值,但地表情况随时间变化,使用平均值会造成地表贡献估计的不准确.为了评估使用平均值对反演精度的影响,该研究基于2022年的MODIS双向反射分布函数产品(MCD43C2)进行了分析,并结合MODIS地表分类产品(MCD12C1),对全球不同地表覆盖类型的各向同性散射核系数进行统计.结果显示,该参数在以林地为主要覆盖的场景下一般低于0.05,在草地、耕地以及城镇为主要覆盖的场景下有近90%的情况低于0.1.根据统计的经验值,模拟了不同地表类型下表观反射率可能出现的误差,并基于模拟结果反演AOD;经与预设的AOD"真值"对比发现,相对于植被覆盖较少的亮地表,在植被覆盖较高的地表处,以季度平均值作为该位置处的双向反射分布函数(BRDF)形状参数产生误差较少.即当太阳高度角为50°,AOD真值为0.4时,常绿阔叶林区域的平均反演绝对误差最大为0.053;近90%的草地、耕地以及城镇区域平均反演绝对误差最大分别为0.089/0.083/0.113.但在亮地表区域,AOD平均反演绝对误差显著增加,最大值达到0.145.这表明使用季度平均BRDF形状参数作为AOD反演中的地表约束的可靠性随着地表反射率的升高而降低,即使用地表信号占主导的标量卫星观测进行气溶胶的反演,存在不可避免的不确定性.因此,使用多角度偏振观测实现BRDF和AOD的协同反演是未来提高气溶胶反演精度的重要方向.研究结果可以对全球不同地表类型区域的BRDF核系数分布提供先验知识,且进一步探究了基于非朗伯前向辐射传输模型反演AOD的误差来源,并给定了可能的误差区间.