第36卷，第9期 2016年9月
光谱学与光谱分析 Spectroscopy and Spectral Analysis
海洋气溶胶多光谱偏振特性研究
杨斌1.2，颜昌翔1*
1.中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，吉林长春130033 2.中国科学院大学，北京100049
Vol. 36, No. 9 , pp27362741
September, 2016
摘要为提高海洋气溶胶的反演精度，定量研究了气溶胶在可见近红外波段的多光谱偏振辐射特性。首先建立了合理的海洋气溶胶及海面模型，基于逐次散射法准确模拟了光在气溶胶中及大气一海洋交界面处的矢量辐射传输过程，接着从光谱角度定量分析了典型波段处的反射率和偏振反射率，在此基础上提出了海洋气溶胶偏振辐射的光谱分布模型，并用卫星数据对模型进行验证，最后研究了气溶胶光学厚度、观测角度、海水叶绿素a浓度和海面风速对气溶胶多光谱偏振辐射的影响。研究表明，在可见近红外波段不考虑大气吸收和耀斑效应时，气溶胶偏振辐射的光谱变化符合幕函数模型；在不同波段处，海洋气溶胶的偏振辐射
特性，且与反射率相比，偏振反射率随客因素的变化存在更明显的谱段差异性，因此，可以运用气落股的多
光谱偏振信息反演海洋气溶胶参数，多光谱探测的加入对提高气溶胶反演精度具有重要意义。关键词海洋气溶胶；多光谱；矢量辐射传输方程；偏振
中图分类号：P236
引言
文献标识码：A
DOl: 10. 3964/j. issn. 10000593(2016)09273606
布模型；同时重点分析了气溶胶在各谱段偏振辐射对主要因素的敏感性，为运用多光谱偏振信息反演气溶胶参数提供了一定的理论基础，
气溶胶是指悬浮于大气中直径为10-3～10μm的微粒，
是大气重要组成部分。气溶胶通过散射、吸收地球长波与太阳短波辐射对气候产生直接影响，又与云相互作用间接影响气候。气溶胶与光、其他物质之间的相互作用，取决于其自身性质，而气落胶的自身特性均包含于其辐射的光谱、确振信息中，因此对气溶胶光谱、偏振特性的研究逐渐成为重要课题汀。
目前多角度偏振探测可以获取气溶胶辐射的矢量信息，这对提高气溶胶遥感能力具有重要意义[4-。同时，气溶胶辐射的光谱变化也与气溶胶粒径、复折射率等参量紧密相关，在确振遥感的基础上加人多光谱探测，能更准确的反演气溶胶参数。为充分利用获取的多光谱偏振信息，首先应明确气溶胶在不同谱段的偏振辐射特性及其影响因素，但关于气落股多光谱偏振特性的研究未见报道。
本文主要从光谱角度，研究了海洋气溶胶的偏振辐射特性。通过求解矢量辐射传输方程，定量分析了含气溶胶层的总反射率和偏振反射率，并给出了气溶胶偏振辐射的光谱分
收稿日期：2015-03-23，修订日期：2015-07-19
1气溶胶模型及海面模型 1.1气溶胶模型
建立合理的气溶胶模型是分析海洋气溶胶偏振辐射特性
的关键，本文运用双对数正态谱描述海洋气溶胶的双峰分布，其定义式为
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式中c；为数密度比例，rw，为粒子平均半径，6；为模态分布标准差，分析海洋气溶胶的组成，确定各模态的参数及其数密度比例，建立气溶胶模型如表1所示。
图1为两种模态及其组成的海洋气溶胶的尺度谱分布。在海洋气溶胶中，细模态成分占主导地位，由图可知，当粒子率径小于50m时，海洋气溶胶的尺度谱与细模态粒子谱分布几乎一致，此时只需用单一细模态粒子描述其尺度谱分布。
基金项目：国家高技术研究发展计划(863计划)项目(2011AA12A103)资助
作者简介：杨斌，1990年生，中国科学院长春光学精密机械与物理研究所硕士研究生
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