全球地表宽波段发射率反演方法研究

Surface broadband emissivity is a key parameter in estimate of surface radiation energy budget, which determines the cycle of carbon and water, and is the basis for studying the global change issues. There are two drawbacks in the current global surface broadband emissivity inversion. The first is that the broadband emissivity of vegetated pixel cannot reflect the seasonal change of fractional vegetation cover; and the second is that the inversion of global ocean broadband emissivity is in a blank state. This project is aiming at solving these two drawbacks, and will carry out two research works, including (1) developing broadband emissivity inversion algorithm for vegetated pixel by considering the actual variation of soil broadband emissivity and fractional vegetation cover; (2) developing the Monte Carlo code for sea water emissivity simulation, determining optimal analytical model and corresponding model parameters by combining observed sea water emissivity and modeled emissivity. Based on the optimal analytical model, a parameterized model is developed for global sea surface emissivity retrieval. This project will help to establish the algorithm system for global surface broadband emissivity inversion, improve the inversion accuracy of global surface broadband emissivity, and better service the study of international frontier science issues such as global change.

地表宽波段发射率是地表辐射能量平衡估算的关键参数，全球地表辐射能量平衡直接决定了全球碳、水等物质的循环过程，是研究其它一系列全球变化问题的基础。本课题通过引入下垫面土壤宽波段发射率、植被覆盖、冠层和土壤之间多次散射贡献的实际变化，发展植被覆盖像元宽波段发射率反演算法，实现植被覆盖像元宽波段发射率的精确反演以及季节变化的表征，完善陆表宽波段发射率反演的方法体系；发展海水发射率模拟的Monte Carlo模型，结合海水发射率实测数据，确定最佳的模型参数和解析模型，构建适用于海水宽波段发射率反演的参数化模型，实现全球海洋宽波段发射率反演，填补海洋宽波段发射率反演空白。 本课题的研究有助于建立全球地表宽波段发射率反演的方法体系，提高全球地表宽波段发射率的反演精度，从而更好地服务于全球变化等重大国际前沿科学问题研究。

本项目以发展适用于全球表面宽波段发射率反演算法、生产业务化地表宽波段发射率产品为目标，在植被覆盖地表与海洋表面发射率反演与模拟方面开展了大量工作，取得了丰硕成果。具体如下：..(1)在辐射传输模拟出发，首次从机理上阐明了非植被覆盖地表反射信号和发射信号之间的关联；.(2)首次提出采用地表反照率反演宽波段发射率的新思路，发展了使用MODIS光谱反照率反演非植被覆盖地表宽波段发射率的新算法；.(3)量化了自然地表发射率方向性对地表长波辐射估算的影响，指出了半球发射率的重要性；.(4)发展了植被覆盖地表宽波段发射率反演方法，该方法是目前唯一能够准确刻画植被丰度变化的算法；.(5)提出了反演海洋表面发射率的查找表算法，该算法考虑海洋白帽对海洋发射率的影响；.(6)多尺度地表宽波段发射率融合算法；.(7)提出由Landsat系列地表反射率反演30m宽波段发射率的算法框架，生成了中国区域2000年瞬时、30m地表宽波段发射率。..在该项目资助下，申请人解决了全球地表宽波段发射率反演的关键问题，创新性地发展了一系列地表宽波段发射率反演算法，并生成了多套全球地表宽波段发射率产品。在定量热红外遥感研究领域，具有一定的国际影响，在地表发射率模拟与反演方向，起到了引领作用。..项目执行期间，在国际刊物上发表15篇第一资助SCI论文，获得发明专利1项，撰写5章专著的章节，项目主持人应邀在国际、国内会议上各做报告2次。人才培养方面，在读博士生3人，在读硕士生2人，已毕业硕士4人。在该项目支持下，初步形成了一支以主持人为首的年轻的定量遥感队伍。