基于太阳-天空辐射计多角度偏振观测的离水辐射遥感方法研究

As the development of spatial science and technology, the potential of polarization application in remote sensing of water color attracts more and more attentions. Due to the distinctive properties, polarized signal brings opportunities to solve the traditional problems in remote sensing of water color. According to research, the polarized water-leaving radiance can be applied to retrieval of hydrosol physical properties. Due to the weak signal from water and the limites of observation, measurement of polarized water-leaving radiance is few. Therefore, there is a proposed issue on how to develop a method of multiangular and polarimetric observation of water-leaving radiance by sun-sky radiometer. This research carries out a Monte Carlo simulation with polarization, analyses the water-air boundary polaried properties, and demonstrates the scenario of observation by sun-sky radiometer. The study also establishes a solution of retrieval of polarized water-leaving radiance and finally validation as well. It lays a good foundation to cater to the future poluarity of polarization in remote sensing of water color, and hence is of great study value.

随着空间科学技术的发展，偏振在水色遥感中的应用潜力越来越受关注，偏振信号的独特性质有可能为解决传统的水色遥感问题带来契机。研究表明，离水辐射的偏振信息可用于水溶胶物理性质的参数反演。由于水体信号较弱以及观测技术条件限制，偏振离水辐射的测量研究并不多见。因此，如何发展一套基于太阳-天空光辐射计多角度偏振观测离水辐射的遥感方法是本项目重点关注的科学技术问题。本项目开展水体-大气系统的矢量蒙特卡洛模拟，研究分析水气介质界面的偏振光学特性，设计论证太阳-天空辐射计多角度偏振观测的技术方案，建立偏振离水辐射的信息提取模型，并开展观测验证。研究成果将为未来偏振水色遥感的应用技术发展奠定基础，具有重要的研究价值。

在水色遥感领域中，偏振的应用潜力越来越受到关注。由于技术条件等限制，有关偏振离水辐射测量的研究并不多见。因此，如何发展一套基于太阳-天空光辐射计多角度偏振观测离水辐射的遥感方法是本项目重点关注的科学技术问题。已开展的研究工作包括：基于矢量辐射传输模型研究了水气介质界面的偏振性质，分析了粗糙水面、太阳天顶角、气溶胶和风速因素对水面反射的影响；开展了太阳-天空辐射计（CE318-DP）的偏振观测技术研究；设计了太阳-天空辐射计多角度偏振观测技术方案；基于观测实验论证了偏振离水辐射信息提取模型的可行性。通过项目实施，首次建立了一套基于太阳-天空辐射计获取偏振离水辐射（Stokes参量）的方法。该方法有两个特点：第一，通过实时天空扫描方式获得水面下行天空光的角度分布情况，同时精确计算水面的太阳辐照度；第二，与传统测量中对水表反射率的简单估值不同，利用矢量辐射传输模型和气溶胶反演参数估算天空光和直射太阳光的水面反射的贡献。本项目的研究工作还推动了太阳-天空辐射计偏振观测技术的改进（例如，解决了偏振片与子午面之间夹角的标定问题）。相关研究进展和成果将为未来偏振水色遥感发展提供技术支持。