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水色卫星遥感偏振大气校正算法（PACNIR）
上传时间：2023-04-29 15:03:00 浏览次数：作者与来源：admin
近日，我室何贤强研究员团队及合作者在光学领域知名期刊Optics Express上发表了题为“Satellite retrieval of the linear polarization components of the water-leaving radiance in open oceans”的研究论文。论文第一作者为我室与浙江大学联合培养的博士生潘天峰，通讯作者为我室何贤强研究员，合作者包括我室白雁研究员、李腾副研究员、龚芳高级工程师和王迪峰研究员。
水色卫星遥感是利用光学传感器观测大气顶上行的光谱辐射信号，经过大气校正后获得离水辐射信息，进而反演水中不同物质的浓度或组分信息。传统水色卫星仅探测辐射强度信号（辐射Stokes矢量[I,Q,U,V]中的第一个元素），随着卫星传感器技术的发展，水色卫星探测正从辐射强度向Stokes矢量探测发展（如NASA已计划近年发射PACE卫星），进而可望探测离水辐射矢量信号。由于海洋-大气耦合介质系统辐射传输过程复杂且离水辐射偏振信息微弱（大气、水面干扰大），国际上目前尚无可直接提取离水辐射偏振信号的大气校正算法。
针对该问题，本文提出了一种基于近红外波段外推的偏振大气校正算法 (PACNIR)。该算法基于近红外波段的 "Black Ocean" 假设以及我们前期构建的偏振离水辐射大气漫射透过率查找表 (Pan, He*, et al., 2022)，通过矢量辐射传输计算以及并行非线性优化算法，反演获得目标海域的离水辐射Stokes矢量 (I, Q, U)、气溶胶光学厚度与气溶胶模式参数（图1）。
该算法首次实现从多角度偏振卫星观测数据中直接提取出离辐射的偏振信息，可为偏振水色卫星观测资料的处理和应用提供算法支撑。
水色卫星遥感是利用光学传感器观测大气顶上行的光谱辐射信号，经过大气校正后获得离水辐射信息，进而反演水中不同物质的浓度或组分信息。传统水色卫星仅探测辐射强度信号（辐射Stokes矢量[I,Q,U,V]中的第一个元素），随着卫星传感器技术的发展，水色卫星探测正从辐射强度向Stokes矢量探测发展（如NASA已计划近年发射PACE卫星），进而可望探测离水辐射矢量信号。由于海洋-大气耦合介质系统辐射传输过程复杂且离水辐射偏振信息微弱（大气、水面干扰大），国际上目前尚无可直接提取离水辐射偏振信号的大气校正算法。
针对该问题，本文提出了一种基于近红外波段外推的偏振大气校正算法 (PACNIR)。该算法基于近红外波段的 "Black Ocean" 假设以及我们前期构建的偏振离水辐射大气漫射透过率查找表 (Pan, He*, et al., 2022)，通过矢量辐射传输计算以及并行非线性优化算法，反演获得目标海域的离水辐射Stokes矢量 (I, Q, U)、气溶胶光学厚度与气溶胶模式参数（图1）。
该算法首次实现从多角度偏振卫星观测数据中直接提取出离辐射的偏振信息，可为偏振水色卫星观测资料的处理和应用提供算法支撑。
图1 偏振大气校正算法 (PACNIR)流程图
图2 PACNIR算法反演离水辐射矢量（归一化后的nIw,nQw,nUw）结果与辐射传输模拟结果（基于GlobColour的叶绿素浓度产品作为输入)的空间比较。(a)-(c)为 辐射传输模拟结果，(d)-(f)为PACNIR算法反演结果。
图3 PACNIR算法反演离水辐射矢量（归一化后的nIw,nQw,nUw）结果与辐射传输模拟结果（基于GlobColour的叶绿素浓度产品作为输入)的散点比较。(a) nIw; (b) nQw; (c) nUw。
引用：T. Pan, X. He *, Y. Bai, T. Li, F. Gong, and D. Wang, "Satellite retrieval of the linear polarization components of the water-leaving radiance in open oceans," Opt. Express 31, 15917-15939 (2023)
