第33卷，第1期 2013年1月
光谱学与光谱分析 Spectroscopy and Spectral Analysis
北疆地区不同雪粒径光谱特征观测及反演研究
郝晓华"，王杰12，王建"，张璞，黄春林 1.中国科学院寒区旱区环境与工程研究所，甘肃兰州730000 2、中国科学院研究生院，北京100049
3.乌鲁木齐气象卫星地面站，新疆乌鲁木齐830011
Vol. 33, No. 1, pp190-195
January，2013
摘要雪粒径反演是冰冻圈遥感的重要研究内容之一。本研究通过设计不同雪粒径观测方案，在我国北盟地区利用SVCHR-1024野外便携式光谱仪观测了不同雪粒径的光谱特征；同时利用可拍照显微镜测量了雪粒径的大小和形状，并通过DSPP方法计算其等效粒径；最后，基于渐进式积雪辐射传输模型（ART)对反演波段和积雪形状因子进行优化，反演并验证雪粒径。研究表明DSPP方法获取积雪等效粒径是可行的，但由于同层积雪中样本选择存在较大差异，在样本选择方面需要进一步改进；近红外波段还是区分雪粒径的有效波段，在研究区积雪是干雪的条件下，基于ART优化反演波段和积雪形状因子优化方法反演雪粒径是
可行的，根据试验获取在该地区雪粒径反演最佳波段为1.20μm，最佳积雪形状因子6值为3.62。关键词雪粒径；光谱特征，DSPP；ART
中图分类号：TP751.1
引言
文献标识码：A
DOI; 10. 3964/j. issn. 1000-0593(2013)010190-06
ORT)反演雪粒径，取得较好效果(57)。但无论是WW模型还是DISORT模型都将雪粒径等效为球体，利用MIE微射理论计算其散射特性，事实上，雪颗粒呈现不规则性，这种模
积雪是冰冻圈重要的组成部分，具有较高的反照率且季节变化明显，也是影响地球能量平衡进而影响全球气候的重要因素。其中雪粒径和雪污染是引起积雪反照率变化的重要参数之一，雪粒径影响积雪近红外波段的反照率特性，雪污染影响了积雪可见光波段的反照率特性)雪粒径还是许多积雪模型和气候模型的重要输人因子。此外，雪的粒径大小和气孔分布对建立溶解物迁移和浓缩变化模型至关重要。因此，目前国内外也对雪粒径开展了广泛的研究。
由于受地理环境和观测仪器的限制，雪粒径直接观测较为困难，因此，遥感技术是获取雪粒径参数的最佳方式。雪粒径反演的核心是建立雪粒径与光谱之间的关系，从20 世纪80年代开始科学家已开始对其进行研究，Dozier最早利用WW模型和NOAA-6AVHRR数据评估遥感反演雪粒径能力，认为遥感具有反演雪粒径的潜力；随后科学家也利用TM数据反演积雪粒径[4]，但由于受传感器的波段较少且对于积雪粒径并不是很敏感，因此反演精度并不高。随着高光谱影像的出现和辐射传输模型的改进，科学家利用高光谱影像AVIRIS和Hyperion结合离傲辐射传输模型（DIS
收稿日期：2012-09-10，修订日期：2012-11-18
拟与实际积雪场存在差异。因此发展非球形雪粒径的辐射传输模型，进而发展非球形雪粒径的反演算法是当前积雪研究的热点。
Kokhanovsky针对雪层弱吸收特性，发展了考虑积雪粒径形状的简化的渐进辐射传输模型（asymptoticradiative transfertheory，ART)[)。实践证明基于非球形雪粒径的反演具有较高的精度(-]，Negi在喜马拉雅山附近利用实测光谱对该模型发展的反演算法进行比较，但其缺少雪粒径观测资料，并没有对模型模拟不同粒径的效果进行评估。因此，本研究选择我国主要季节性积雪区北疆作为观测场，利用积雪分层特性设计观测方案观测不同粒径的积雪光谱特征，并记录雪粒径大小和形状，对适用ART模型模拟不同粒径、不同形状的积雪光谱特征进行准确性评估，最终该研究将为感反演雪粒径算法的发展提供更好的依据。
实验部分
该试验是积雪通感协同观测系列第一次试验（coopera
基金项目：国家自然科学基金项目（41001197，41071227)，西部博士资助项目（29Y128861)，中国科学院西部行动计划三期项目(KZCX2
XB3-12)和中国科学院百人计划项目(29Y127D01)资助
作者简介：部晓华，1979年生，中国科学院塞区早区环境与工程研究所助理研究员万方数据
e-mail; haoxh@lzb, ac, cn