機(jī)載WIDAS地表觀測的BRDF原型反演算法驗(yàn)證
關(guān)鍵詞：遙感 黑河 modis 機(jī)載widas 核驅(qū)動(dòng)模型
摘要：地表反照率表征地面對(duì)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(shí)驗(yàn)中,針對(duì)機(jī)載紅外廣角雙模式成像儀(WIDAS)觀測角度小的特點(diǎn),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(shí)驗(yàn)中,WIDAS的觀測角度范圍由早期30°觀測天頂角升級(jí)為最大觀測天頂角52°,這一改造對(duì)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(duì)新問題,采用新的地表觀測數(shù)據(jù),進(jìn)一步驗(yàn)證了BRDF原型算法反演機(jī)載WIDAS反照率的能力。為了獲取準(zhǔn)實(shí)時(shí)BRDF先驗(yàn)知識(shí),基于核驅(qū)動(dòng)模型和各向異性平整指數(shù)(AFX)首先準(zhǔn)實(shí)時(shí)提取了實(shí)驗(yàn)區(qū)5種MODIS的BRDF原型;然后,將其作為先驗(yàn)知識(shí)應(yīng)用到黑河WIDAS機(jī)載數(shù)據(jù)的反照率反演中;最后,利用實(shí)驗(yàn)區(qū)的反照率實(shí)測數(shù)據(jù)進(jìn)行算法驗(yàn)證。本研究比較了3個(gè)算法處理該問題的能力:(1)基于BRDF原型作為先驗(yàn)知識(shí)的算法;(2)完全基于核驅(qū)動(dòng)的全反演算法;(3)基于朗伯假設(shè)的方法,通過算法對(duì)比分析,可更好地分析驗(yàn)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(shí),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(duì)誤差為0.034,相對(duì)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(duì)2012年黑河機(jī)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(duì)WIDAS反照率反演和驗(yàn)證進(jìn)一步表明,在多角度觀測數(shù)據(jù)信息量不足以進(jìn)行全反演,且觀測受噪聲影響較大時(shí),BRDF原型作為先驗(yàn)知識(shí),提供了一種有效解決該問題的手段,對(duì)提高反照率反演的精度、增強(qiáng)反演的穩(wěn)定性有重要作用。
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