沿海水体水色遥感大气校正受到吸收性气溶胶垂直分布的影响较大，特别是对于蓝光和紫外波段的遥感反射率(Rrs(λ))反演。我们前期构建了吸收性气溶胶垂向分布反演模型（Song, He*, et al., 2020）和吸收性气溶胶光学特性模型（Song, He*, et al., 2022），可以定量反演吸收性气溶胶的垂向高度，并利用海气耦合辐射传输模型模拟吸收性气溶胶情况下的大气顶 (TOA) 反射率（ρt(λ)）和遥感反射率（Rrs(λ)）。在此基础上，本研究基于大量的辐射传输模拟和机器学习模型，提出了一种新的大气校正算法 (OC-XGBRT)，考虑吸收性气溶胶的垂直分布，用于反演蓝光波段的Rrs(λ)，以降低吸收性气溶胶的影响，算法流程图如图1所示。

图1 OC-XGBRT算法流程图

OC-XGBRT算法的目标是提升沿海水域在吸收性气溶胶的影响下Rrs(λ)的数据质量。本研究将OC-XGBRT算法应用于MODIS-Aqua水色传感器上，并用SeaBASS和AERONET-OC实测站点数据进行验证，与NASA SeaDAS、POLYMER、OC-SMART大气校正算法进行对比，Rrs(412 nm)、Rrs(443 nm)、Rrs(488 nm)和Rrs(547 nm)的验证结果如图2所示。OC-XGBRT的平均绝对百分偏差(APD)和均方根误差(RMSE)分别小于36.9%和5.5 ×10-4 sr-1，表明OC-XGBRT在沿海和内陆水域能提供更准确的遥感反射率产品。

图2 在吸收气溶胶的情况下，NASA SeaDAS、POLYMER、OC-SMART和OC-XGBRT反演的Rrs(412 nm)、Rrs(443 nm)、Rrs(488 nm)和Rrs(547 nm)在SeaBASS和AERONET-OC实测值的对比验证。

本研究选取6个典型近海区域（西非沿岸，波斯湾，美洲东、西海岸，黑海，中国渤黄海）进行定量评估。图3所示为波斯湾的结果，OC-XGBRT的校正结果与NASA产品相比有明显的改善，Rrs(412 nm)和Rrs(443 nm)不再出现负值的情况，并且与实测值比较接近。OC-XGBRT在6个典型区域的应用结果进一步表明，在吸收性气溶胶的情况下，与NASA产品相比，OC-XGBRT的Rrs(412 nm)和Rrs(443 nm)质量均有显著提高。此外，OC-XGBRT算法能够显著增强蓝光波段Rrs(λ)的空间覆盖，具有处理存在吸收性气溶胶的情况下水色遥感数据的潜力。

图3 (a) 2007年12月10日(UTC时间10:05)在波斯湾上空获得的MODIS-Aqua RGB影像;(b) NASA的Rrs(412 nm)产品(单位sr-1);(c) NASA的Rrs(443 nm)产品;(d) 气溶胶类型;(e) AOD(412 nm);(f) OC-XGBRT反演的Rrs(412 nm);(g) OC-XGBRT反演的Rrs(443 nm);(h) NASA产品、OC-SMART和OC-XGBRT算法反演的MODIS-Aqua Rrs(λ)光谱与现场测量的定量比较。DU、SM、UR和NWA分别代表沙尘、烟尘、城市型和无吸收或弱吸收性气溶胶。

引用：Song, Z., He, X.*, Bai, Y., Dong, X., Wang, D., Li, T., Zhu, Q., & Gong, F. (2023). Atmospheric correction of absorbing aerosols for satellite ocean color remote sensing over coastal waters. Remote Sensing of Environment, 290, 113552.