近日，我室何贤强研究员团队及合作者在遥感领域知名期刊IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing上发表了题为“Retrieval of the Aerosol Scale Height over the Ocean Based on Near-infrared Multiangle Polarization Measurements”（基于近红外多角度偏振观测数据的气溶胶层高反演算法）的研究论文。论文的第一作者为我室和浙江大学联合培养的博士生潘天峰，通讯作者为何贤强研究员，合作者包括我室的白雁研究员、王迪峰研究员、李腾副研究员、龚芳高级工程师，中国科学院西安光学精密机械研究所的刘佳副研究员，以及印度理工学院Madras分校的Palanisamy Shanmugam教授。

气溶胶垂向分布（Aerosol Vertical Distribution, AVD）是研究气溶胶辐射效应和空气质量评估的关键参数，对水色遥感大气校正也具有重要意义。本研究利用偏振遥感卫星PARASOL的近红外多角度偏振测量数据，开展气溶胶垂向分布信息反演。本研究首先定量分析了AVD对卫星接收Stokes矢量的线偏振分量 (P_Q ,P_U ) 和总辐射强度分量 (P_I ) 的影响，并分析了P_Q ,P_U 和P_I 对气溶胶高度变化的敏感性差异。通过Mie散射理论计算，证明了近红外波段偏振测量与AVD之间具有高相关性，并据此开发了气溶胶层高度的多角度偏振遥感反演算法(图1)。

图1 本研究反演气溶胶层高参数的算法流程图

本研究所构建的模型基于非线性优化和近红波段离水辐射偏振信号的“black ocean”假设，通过非线性优化拟合近红外波段偏振观测得到的线偏振辐射，成功反演了AVD信息。与CALIOP激光雷达观测数据比较，在三个典型海域（太平洋、大西洋、印度洋）的反演均方根误差小于1公里（图2），精度明显优于GRASP-HP算法反演的气溶胶层高结果 (RMSE: our method = 0.967 km vs. GRASP-HP = 2.605 km)（图3），说明了本研究算法具有较高的准确性。

图2 算法反演太平洋、大西洋、印度洋部分海域上方气溶胶层高参数vs. CALIOP 实测气溶胶层高分布值。

图3 2011年全球海域 (60°S–60°N) 气溶胶层高参数反演结果比较 (our method ALH vs. CALIOP ALH vs. GRASP-HP ALH)。

总体而言，本研究证明了多角度线偏振数据在近红外波段可以有效反演气溶胶垂向分布结构，这为气溶胶垂向结构遥感反演提供了新的途经。

论文引用：Pan, T., He, X.*, Bai, Y., Shanmugam, P., Liu, J., Gong, F., Wang, D., & Li, T. (2024). Retrieval of the Aerosol Scale Height over the Ocean Based on Near-infrared Multiangle Polarization Measurements. IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, DOI: 10.1109/TGRS.2024.3495036.

相关文章：

[1] He, X.*, Pan, T., Bai, Y., Shanmugam, P., Wang, D., Li, T., & Gong, F. (2024). Intelligent Atmospheric Correction Algorithm for Polarization Ocean Color Satellite Measurements Over the Open Ocean. IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, 62, 1-22.

[2] Pan, T., He, X.*, Bai, Y., Li, T., Gong, F., & Wang, D. (2023). Satellite retrieval of the linear polarization components of the water-leaving radiance in open oceans. Optics Express, 31, 15917-15939.

[3] Pan, T., He, X.*, Bai, Y., Liu, J., Zhu, Q., Gong, F., Li, T., & Jin, X. (2022). Atmospheric diffuse transmittance of the linear polarization component of water-leaving radiation. Optics Express, 30, 27196-27213.