面向海洋水色遥感应用的球面海-气耦合矢量辐射传输模型构建

作者:徐菲 发布日期:2023-03-28 阅读:681

近日,我室何贤强研究员团队及合作者在光学领域知名期刊Optics Express上发表了题为“Spherical vector radiative transfer model for satellite ocean color remote sensing”的研究论文,该论文已被被选为Editor's Pick (编辑精选)文章。(Editor's Picks serve to highlight articles with excellent scientific quality and are representative of the work taking place in a specific field.)。论文第一作者为我室与上海交通大学联合培养的博士生徐菲,通讯作者为我室何贤强研究员,合作者包括我室白雁研究员、王迪峰研究员、龚芳高级工程师、朱乾坤正高级工程师,南方海洋科学与工程广东省实验室(广州)的金旭晨博士,以及上海卫星工程研究所的蔡文采工程师。

对于海洋水色卫星遥感来说,来自水体中的离水辐射仅占卫星接收总辐射的约10%,因此水色信息的获取依赖于高精度的大气校正,而辐射传输模型则是构建大气校正模型的基础。然而,目前大多数辐射传输模型采用了平行平面分层假设,没有考虑地球曲率的影响。随着卫星传感器的不断进步,卫星探测范围不断扩大,逐渐向大太阳天顶角和大观测天顶角下的水色信息提取发展。而在大太阳天顶角和大观测天顶角条件下,忽略地球曲率的影响将导致获得的离水辐亮度数据误差达到10%。

针对上述问题,本文建立了同时适用于大太阳天顶角和大观测天顶角的球面海-气耦合矢量辐射传输模型。该模型采用蒙特卡洛方法,模拟光子在球面大气及平静海面的辐射传输过程,计算获得大气顶上行辐亮度。本模型与最新的Korkin等模型(Korkin et al., 2022)相比(图1),在大太阳天顶角和大观测天顶角下相对偏差均在0.5%以内。

图1 球面模型与Korkin等人的矢量模型对比的相对偏差(%).png

图1 球面模型与Korkin等人的矢量模型对比的相对偏差(%)

基于建立的球面辐射传输模型,认识了大太阳天顶角和大观测天顶角条件下的地球曲率影响(图2、图3),结果表明,太阳天顶角大于70°且观测天顶角小于60°时,地球曲率影响达到8%,观测天顶角大于60°且太阳天顶角小于70°时,地球曲率影响同样达到3.7%,因此地球曲率在大太阳天顶角和大观测天顶角探测条件下皆不可忽视。本模型为构建大角度下的大气校正算法打下了基础。

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图2 太阳天顶角分别为18°图片,44图片°,72图片°,和84°图片条件下平面和球面结构的辐亮度相对误差(%)

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图3 观测天顶角分别为17.07°图片,45.26图片°,72.38°图片,和84.02图片°条件下平面和球面结构的辐亮度相对误差(%)


论文引用:

Fei Xu, Xianqiang He, Xuchen Jin, Wencai Cai, Yan Bai, Difeng Wang, Fang Gong, and Qiankun Zhu, "Spherical vector radiative transfer model for satellite ocean color remote sensing," Opt. Express 31, 11192-11212(2023).Doi:https://doi.org/10.1364/OE.483221.


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