大气下行辐射是地表辐射和能量平衡中的一个关键参数, 在反演地表温度和发射率、开展气候变化研究中起着关键作用。基于现有的大气下行辐射测量方法的分析比较, 开展了合肥大气下行长波辐射的研究。利用 MODTRAN 辐射传输模型模拟计算了合肥大气下行辐射通量, 并以该方法获取的大气下行辐射通量为基准, 对广泛应用的晴天经验模型进行性能评价, 验证了 Idso 模型和 ngstrm 模型对于合肥大气条件的适用性。进而利用 MODTRAN 辐射传输模型模拟数据对 Idso 模型中的参数进行修正, 提高了该模型的模拟精度。该研究为方便快捷准确地获取合肥大气下行辐射通量提供了可靠方法。

吸收性气溶胶指数(AAI)可用于表征紫外波段吸收性气溶胶成分占比,是卫星遥感探测的重要数据产品之一。通过SCIATRAN辐射传输模型设置太阳天顶角、观测天顶角、相对方位角、地表高度、云高等参数,创建大气层顶反射率的查找表,结合TROPOMI的数据,反演吸收性气溶胶指数。由于仪器本身的特性,直接反演的AAI不能完全表征吸收性气溶胶的分布特征,需要扣除背景值,本研究通过统计法获取太平洋区域AAI的背景值。采用2020年9月美国加利福尼亚州山火时期数据进行分析, 研究山火烟雾羽流的传输。结果显示了气溶胶的分布特征,取得的背景校正效果良好。反演结果与TROPOMI官方发布产品的空间分布特征基本一致,两者的平均相关系数达到0.963。最后比较了卫星遥感AAI数据与地面AERONET站点气溶胶光学厚度(AOT)数据,可以看出两者的气溶胶变化趋势一致。

叶面积指数(LAI)与植被光合作用、 蒸腾作用、 生物量的形成等有密切联系, 是玉米长势监测、 灾害胁迫监测、 产量预测等重要参数之一, 也是辐射传输模型、 作物生长模型等机理模型的一个重要参数。 Sentinel-2卫星是“全球环境与安全监测”计划的第二颗卫星, 具有较高的时空分辨率, 且具有红边波段, 其可见光和近红外波段的分辨率为10m, 是农业遥感应用的理想数据源。 PROSAIL辐射传输模型是遥感反演玉米冠层LAI的有效途径, 然而在反演中存在输入参数不确定性大、 调参困难、 病态反演、 速度慢等问题。 模型的参数标定能够获取观测反射率及不确定性范围内的参数取值, 提供丰富准确的参数信息, 降低模型反演过程中的偏差。 为探索参数标定在玉米冠层LAI反演中的应用, 研究以Sentinel-2A卫星影像为数据源, 使用马尔可夫链蒙特卡洛方法(MCMC)对PROSAIL模型进行参数标定, 通过加入5%的观测光谱不确定性, 获取各参数在不确定性范围内的后验取值概率分布, 以优化反演过程中的参数设置, 提高LAI反演精度。 研究结果表明: （1）PROSAIL模型对可见光和近红外波段较为敏感的输入参数有LAI、 叶片叶绿素含量及结构系数, 将此三个参数作为查找表反演中的可变参数能够有效地进行LAI的反演, 反演精度的决定系数达0.7以上。 （2）MCMC方法能够对PROSAIL模型进行参数标定, 获取研究区内玉米各参数取值分布信息, 参数后验分布与实际情况接近, 表明利用MCMC方法进行参数标定可行有效。 （3）通过参数标定可以有效提高LAI的反演精度, 在降低反演偏差和异常值方面尤为明显, 参数标定优化后的反演平均偏差由原先的20%降低至8%, 同时估算精度由76%提高至90%。 研究结果表明: 利用MCMC进行PROSAIL模型参数标定, 能够提高PROSAIL模型的LAI反演精度, 降低反演偏差, 为利用PROSAIL辐射传输模型提高作物冠层参数反演精度提供借鉴。

为分析我国未来拟发展的高轨静止卫星毫米波大气辐射特征, 选择最佳模拟其毫米波辐射的光谱吸收线库方案, 选取了三种基于典型光谱吸收线库逐线吸收模型（毫米波传播模型(MPM)、 罗氏模型(ROS)和高分辨率分子吸收传输模型(HITRAN)）, 针对拟新增的静止轨道毫米波探测频率424 GHz, 分析了三种大气吸收模型模拟该频率大气吸收系数随大气温度、 大气压强和大气湿度的变化差异。 构建了一种多层毫米波辐射传输模型, 利用上海探空站加密观测数据, 模拟风云三号B星微波湿度探测仪(FY3B/MWHS) 183.31 GHz三个毫米波通道辐射值, 并与真实观测值对比, 分析三种光谱吸收线库在模拟海陆边界地区毫米波辐射时的性能差异。 分析结果表明, 对于424 GHz通道三种大气吸收模型对大气温度、 大气压强和大气湿度的敏感变化趋势一致, 数值上MPM模型与ROS模型更接近, HITRAN模型要显著低于其他模型。 对于183.31 GHz, 在海陆交界地区MPM模型模拟误差相比ROS和HITRAN模型最小, 所有模型的第五通道模拟误差比第三通道和第四通道要小。

通过模拟高光谱遥感器通道中心波长漂移前后的典型植被红边区间反射率，定量分析通道中心波长漂移对红边光谱的影响。结果表明，通道中心波长漂移导致植被红边区间反射率曲线出现多处尖峰、抖动，使植被反射率曲线在本不具有特征吸收的区域变得不光滑，并与红边位置误差呈显著线性关系，决定系数R²达到0.99。10 nm分辨率的高光谱遥感器，存在1，3，5 nm的通道中心波长漂移量时，给植被红边区间反射率造成的最大误差分别为1.46%、4.49%和9.57%，所获取的植被红边将分别“蓝移”0.75，2.60，5.52 nm。通道中心波长漂移会导致红边伪漂移，或对植被受胁迫引发的红边漂移造成“掩盖”或“强化”效应，进而影响基于高光谱遥感数据的植被受胁迫状态等指标的监测精度。高光谱遥感器通道中心波长漂移是红边漂移不可忽视的来源，精确的光谱定标是植被红边光谱相关定量化应用的重要基础。

了解激光焊接光致等离子体在多个波长下的光谱辐射场三维分布能够帮助研究人员获取等离子体的温度场分布、电子密度分布以及其他一些物理量的三维分布, 对于改进激光焊接工艺有着重要的意义。 了解等离子体光谱辐射能量传输到探测器靶面这一物理过程是重建激光焊接等离子体光谱辐射场的前提。 提出一种基于光学成像的等离子体光谱辐射能量传输模型: 基于辐射度量学, 研究等离子体光谱辐射发出到被探测器镜头接收这一过程, 推导等离子体中某一点被镜头接收到的光谱辐射通量占其向周围空间所发出总光谱辐射通量的比例系数ω1, 建立起光谱辐射传递模型; 基于光学成像原理, 研究光谱辐射由等离子体发出通过镜头到达探测器靶面这一成像过程, 推导等离子体中某一点被像素所接收到的光谱辐射通量占其被镜头所接收到的辐射通量的比例系数ω2, 建立起光学成像模型。 利用比例系数ω1和ω2得到等离子体中某一点被探测器某像素接收到的光谱辐射比例系数ω=ω1ω2, 从而建立起等离子体光谱辐射传输模型。 通过仿真实验, 考察利用所提模型对处在1 000～3 000 ℃之间呈对称温度分布与非对称温度分布的激光焊接等离子体的光谱辐射场重建效果。 结果表明, 对于温度呈对称分布的等离子体在400, 500, 600和700 nm四个波长下的光谱辐射场, 利用该模型进行反演的重建精度分别为5.39%, 6.5%, 7.25%和6.11%; 对于非对称温度分布等离子体的光谱辐射场, 进行反演的重建精度分别为9.34%, 10.07%, 10.68%和9.72%。 仿真实验结果表明, 利用该模型能够对激光焊接等离子体在400～700 nm之间各波长下的光谱辐射场进行较好的重建。 与其他模型对比, 该模型具有较好的重建精度, 能够满足工业应用领域的需求。

基于6S大气辐射传输模型和中分辨率成像光谱仪(MODIS)上午星Terra的气溶胶光学厚度数据以及MODIS 双向反射分布函数(BRDF)模型参数产品(MCD43A1),对高分一号(GF-1)卫星宽视场相机(WFV)四个波段的大气层顶辐亮度图像进行大气校正,得到校正后的地表反射率图像。而后基于Brenner梯度算子和中频离散余弦变换两种方法统计校正前后图像的清晰度值,分析计算结果可得大气校正后图像清晰度值高于校正前图像的清晰度值,因此校正后图像的边缘纹理比校正前更清晰;基于阈值分割法原理进行信噪比评价,结果表明校正前后每一波段的信噪比随辐亮度呈递增关系,大气对短波波段的影响较大,而对长波波段的影响较小。

高分二号卫星的成功发射，标志着我国遥感卫星进入了亚米级高空间分辨率时代，遥感影像在定量反演，地物识别和变化分析等领域将有重要作用。大气校正的精度是影响其定量化应用的重要因素。由于高分二号遥 感数据缺乏短波红外波段，无法采用暗像元法进行大气校正。提出一种基于辐射传输模型的高分二号影像大气校正方法，利用 6S(second simulation of the satellite signal in the solar spectrum)辐射传输模型建 立大气校正系数查找表，利用同步 MODIS影像数据结合改进后的暗像元方法反演气溶胶光学厚度，确定大气校正系数，消除高分二号影像大气分子和气溶胶等的吸收和散射的影响，实现 GF-2数据的大气校正。选取地表平坦 均一的敦煌辐射校正场作为实验区，通过同步的实测数据对校正结果进行精度评价，并且比较大气校正前后归一化植被指数 NDVI。结果表明：最小相对误差仅为 0.9%，大气校正之后影像数据更真实地反映了地物的反射特 性；大气校正后的 NDVI大大增强了植被信息反差，突出了 GF-2卫星传感器的植被信息区分能力。

主要讨论O2-O2在477 nm处吸收带反演的有效云量。首先通过差分吸收光谱(DOAS)算法反演460~490 nm内的O2-O2斜柱浓度,并对O2-O2斜柱浓度中出现的条带进行修正;然后通过SCIATRAN辐射传输模型设置太阳天顶角、观测天顶角、相对方位角、地表反照率、地面高度、云量、云压等参数的不同节点,创建O2-O2斜柱浓度和反射率的查找表,进一步对查找表进行转换得到云量的查找表;最后对O2-O2斜柱浓度、连续反射率及相关太阳几何信息进行多维插值,得到大气痕量气体差分吸收光谱仪(EMI)有效云量。为验证所提算法的准确性,将EMI结果与OMI(ozone monitoring instrument)云量进行比较,两者均呈由低云量到高云量频数递减的趋势,其中云量为0和云量为1均出现频数高值现象,云量相关性R为0.82,相关性表现良好。

提出一种基于大气矢量辐射传输模型的地物偏振反射率反演方法.利用辐射传输模型, 建立地表反射率、观测条件与传感器入瞳处辐亮度偏振态的查找表, 再进行查找表反查及数值计算, 完成偏振反射率反演.验证实验表明, 典型地面目标物的偏振反射率反演精度可达到90%.