为了精确地定量研究土地利用变化对地表反照率的影响, 利用公元 850-2100 年期间土地利用数据集获取了一套长时期的全球分光 (近红外、可见光、短波) 地表反照率数据集, 并进行了详细的分析和对比验证。验证结果表明, 所得的分光地表反照率与 MODIS 数据对应结果的空间分布特征基本一致; 在非冰雪覆盖区的可见光反照率差别在-0.0081～0.0029 之间, 精度较高; 差别最大的区域为南、北半球中高纬度的冰雪覆盖区。研究表明, 自 1860 年以来, 所有典型区域 (包括中国东部、欧洲东南部、美国中东部和巴西南部) 的城市建成区逐年增加, 特别是巴西南部的自然植被逐年减少; 在 1860-1980 年间, 各区域主要表现为自然植被向城市建成区和耕地转化; 在 1980-2015 年, 巴西南部耕地类型持续增加, 其余区域均表现出自然植被逐步恢复的变化趋势。此外, 不同土地利用类型的分光反照率存在很大差别, 例如, 春季可见光反照率在冰雪表面为 0.5069, 混交林为 0.0444, 而城市建成区为 0.0870; 且受不同纬度和下垫面性质的影响, 同一土地利用类型的分光地表反照率也存在明显的空间差异, 例如, 春季草原的可见光反照率最大为 0.4915, 最小为 1.127×10-4。 这套长时期全球分光地表反照率数据集可以为土地利用变化驱动气候变化的相关定量研究奠定数据基础。

研究了地表反照率对天空偏振模式的影响。针对目前缺乏实际环境下不同时间、不同地点单一影响因素的定量测试研究,先运用libRadtran二次开发软件,仿真分析不同地表反照率下的天空偏振模式,然后利用图像式测试系统,分别在草地和沥青地表、海洋和沥青地表进行同步异地测试,定量分析地表反照率对偏振方位角和偏振度的影响。结果表明:地表反照率对偏振方位角分布基本没有影响,分布始终稳定;而地表反照率对偏振度数值有较大的衰减作用,在同一天内同一时刻下,地表反照率越大,最大偏振度值越小;地表反照率相差越大,最大偏振度值的平均减小量越多,最大偏振度值减小的幅度越大。

SCIATRAN是一种高光谱分辨率辐射传输模型, 其参数丰富、调节性强, 为反演CO2浓度提供更可靠的仿真资料。研究采用SCIATRAN模型模拟了不同气溶胶类型、气溶胶光学厚度以及地表类型的CO2辐射亮度, 分析了不同条件下影响CO2辐射亮度的规律。研究结果表明: 气溶胶类型对CO2辐射亮度的影响比例在8%以内。由于城市型气溶胶成分复杂, 对CO2辐射亮度的影响比乡村型和海洋型气溶胶稍大; 气溶胶光学厚度对CO2辐射亮度的影响比例在-3.52%~42.97%之间, 光学厚度越小, CO2辐射亮度则越大; 地表类型对CO2辐射亮度影响最大, 与参考值差值比例最高达166.43%, 且CO2辐射亮度随地表反照率的增强而增强。该研究还通过仿真信号与实测信号的对比, 验证了SCIATRAN模型仿真信号的有效性和可行性。

地表反照率是研究陆地辐射收支情况、区域及全球气候、地貌等信息的先决条件,对其进行精确测量是开展相关研究的前提和保证。由于大气层吸收的影响,地表反照率不能进行直接测量。因此,采用测量垂直向下与向上散射光的方法,结合SCIATRAN辐射传输模型获得地表反照率。基于此方法,在机载平台上进行观测实验,获取机载平台上垂直向上和向下的辐亮度值,采用迭代反演方法获得石家庄到保定地区紫外波段350~395 nm的地表反照率,并对不同下垫面、不同波段反照率进行比较,对城区中心到边缘过渡变化进行详细分析。结果表明,紫外波段350~395 nm地表反照率随波长增大而缓慢升高,结果与中等分辨率成像光谱仪(MODIS)数据可达到良好的一致性。不同观测区域结果对比显示,城区地表反照率大于农田,且城区中心比边缘地表反照率大0.014左右,其差异也随波长增大而升高。

地表反照率在大气辐射传输及遥感成像研究中应用广泛,对地球大气系统的能量收支平衡有重要影响,反映了地表对太阳辐射的反射能力。 地表反照率经纬度查询软件以MODIS遥感数据为数据源,使用C++语言对该软件进行设计开发,包括数据源(MCD43B3)的预处理、MySQL数据库的设计、 像元经纬度坐标的获取、数据的存储,以及根据经纬度参数查询地表反照率的流程。建立了中国大陆地区地表反照率数据库,依据经纬 度参数可以方便快捷地查询某一具体地理位置的反照率数据。