基于先验知识估算遥感数据地表反照率的算法研究

来源 :天津师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:shylockbc
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地表反照率反映了地面对太阳辐射的反射能力,被广泛应用于地表能量平衡、中长期天气预测以及全球变化研究中。目前高分辨率遥感数据的反照率反演中,受云层、运行周期等因素的影响导致多角度观测数据不充足,无法进行精确反演。针对这一问题,可以充分利用丰富的地表历史BRDF产品数据获取先验知识,深入理解地表各向异性反射特征,将其应用于高分辨率遥感数据的反演中,弥补高分辨率遥感数据缺少充足的多角度观测数据的缺陷,简化了地表反照率的反演过程,并且提高了地表反照率的反演精度。本研究提出了一种从MODIS BRDF产品(MCD43A1数据)中提取先验知识反演反照率的方法,并基于时间序列先验知识在天顶方向以及任意方向上对反演反照率的影响进行了评价。最后,基于时间序列的先验知识和LANDSAT地表反射率数据进行反演得到30m LANDASAT地表反照率数据,并将其与假设朗伯地表直接利用天顶方向反射率代替地表反照率算法得到反照率以及地表辐射能量收支观测网(SURFRAD)的地面站点实测反照率数据比较,验证反演结果的精度。结果表明:(1)不同时间、地表类型、波段的地表反射各向异性分布规律都是聚集分布的,地表反射各向异性在时间序列上保持良好的一致性,基于概率加权方法提取的先验知识可以代表大多数像元的各向异性特征。(2)基于概率加权方法提取的先验知识位于反射率各向异性的高密度区域,基于模型参数随机分布确定的体散射主导的BRDF低估了地表反照率,基于模型参数随机分布确定的几何光学散射主导的BRDF高估了地表反照率,基于概率加权得到的先验知识是比较适合反照率反演的BRDF。(3)当MODIS BRDF的高质量像元充足的时候,基于时间序列先验知识反演得到的天顶方向的模拟反照率和实际反照率的绝对误差在[-0.02,0.02]区间内的像元超过90%,反照率反演的精度很高;基于时间序列先验知识反演得到任意方向的模拟反照率和实际的反照率基本一致,超过90%的像元反照率的绝对误差在[-0.02,0.02]区间内,但是热点区域周围以及大观测天顶角区域以外的模拟反照率绝对误差较大。(4)基于先验知识反演得到的LANDSAT短波地表反照率和地面站点实测反照率比较,发现在2008-2010年期间,二者反照率的偏差为-0.019,标准误差为0.027。基于先验知识计算得到的LANDSAT短波地表反射率和地面实测反照率的偏差为-0.027,标准误差为0.037。从中可以看出,基于先验知识反演得到的LANDSAT短波地表反照率和真实反照率的结果较为接近;基于先验知识反演反照率的算法相对于假设朗伯地表直接利用天顶方向反射率代替地表反照率算法得到反照率的结果更加准确。
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