第36卷，第9期 2016年9月
光谱学与光谱分析 Spectroscopy and Spectral Analysis
Vol. 36, No. 9 , pp2749-2754
September, 2016
基于前向散射核函数拟合冰雪反射光谱各向异性
翟瑛1.2，刘强3.4，刘素红2.4
1.东北师范大学地理科学学院，吉林长春130024
2.北京师范大学地理学与遥感科学学院，北京100875
100875
3.北京师范大学全球变化与地球系统科学研究院，北京 4.北京师范大学遥感料学国家重点实验室，北京100875
摘要对地表反射光谱的各向异性进行建模和拟合，是遥感对地观测的重要研究内容。传统的线性核驱观测架测量的冰雪反射光谱对该方法的有效性进行了验证，验证结果表明该方法能够较好地拟合冰雪反射光谱的各向异性（R=0.9975，RMSE=0.0226），准确地反映冰雪前向散射较强的特征。通过对提出的方法与经验函数法、传统线性核驱动模型拟合方进行比较，可以发现线性核驱动模型方法明显优于经验函数拟合法，其中增加前向散射核函数能够显著提高对冰雪覆盖地表二向反射因子的拟合精度，并在各波段都有稳定的拟合效果。
关键调反射各向异性；核驱动模型；冰雪；多角度观测；二向性反射分布函数
中图分类号：TP79
引言
文献标识码：A
DOI: 10. 3964/i. issn. 10000593(2016)09274906
数拟合方法：通过简化辐射传输模型中的参数，得到一些可以描述地表反射光谱随太阳/观测角度变化的具有物理意义的核函数（kernelfunction)，再通过核函数的线性组合来拟合
地表反射光谱的各向异性是指在不同太阳人射和观测角度下，测量得到的地物目标反射光谱存在差异的现象1]。自然界的大多数地物目标都存在者显著的反射各向异性，这给地表反射光谱的定量处理与分析带来了一系列难题2}，因此，随着海量卫星观测数据的积累和多角度对地观测平台的增多，对地表反射光谱的各向异性进行建模和反演的研究受到越来越多的重视3-，在过去几十年的研究中，主要采用辐射传输建模、蒙特卡洛模拟和经验函数拟合等方法来描述地表反射光谱的各向异性["]。
在对卫星多角度观测数据进行建模和归一化处理中，如
果采用辐射传输建模和蒙特卡洛模拟等方法来拟合反射光谱计算较为复杂，无法完成海量卫星数据处理任务；而采用简单的经验函数方法拟合则具有一定的随意性，无法反映地表反射各向异性的物理机制，容易受到数据噪声影响面得出不符合物理规律的拟合结果}。因此，Lucht等7}提出了一种基于线性核驱动模型(linearkernel-drivenmodel)的半经验函
收稿日期：2015-03-23，修订日期：2015-07-26
多角度的卫星观测数据，对反射光谱的各向异性建模，以便于下一步对多角度观测信息的利用和归一化处理。在美国国家航空航天局（NASA)的MODIS数据处理和产品生产系统中，基于该方法发展了MODIS地表反射各向异性建模算法框架（AMBRALS)[3]，并在此基础上生成了地表二向性反射分布函数（BRDF）、反照率（AIbedo）和归一化天顶反射率(NBAR)等一系列高级卫星产品。
自然界地表反射各向异性与地表覆盖类型密切相关，其
中植被覆盖地表与冰雪覆盖地表的反射各向异性存在明显差异。植被地表在后向（太阳人射方间)存在较强的反射，形成植被覆盖地表后间散射的“热点”效应；而冰雪覆盖地表在前向(地表对太阳镜面反射方向)存在着较强的反射，具有显著的前向散射强的特性"。然而在AMBRALS算法框架下，现在业务应用的几种核函数都是基于植被辐射传输模型导出的，因此采用该方法对冰雪覆盖地表反射各向异性进行拟合的精度相对较低，而其蕴含的物理意义也不明确，因此，本
基金项目：国家自然科学基金项目（41371356），中国博士后自然科学基金项目（2014M550025），通感科学国家重点实验室开放基金项目
(OFSLRSS201624)和中央高校基本科研业务项目青年探索基金项目(2412016KJ028)资助
作者简介：瞿瑛，1985年生，东北师范大学地理科学学院副教授
e-mail : quy100@nenu, edu, cn