近日，中国科学院空天信息创新研究院研究员李正强团队联合国内外团队，在遥感领域顶刊《Remote Sensing of Environment》上发表文章“A generalized land surface reflectance reconstruction method for aerosol retrieval: Application to the Particulate Observing Scanning Polarimeter (POSP) onboard GaoFen-5 (02) satellite”。该文章提出了一种通用的地表反射率重建方法，在国产新型光学卫星全球地表、大气快速解耦系统能力方面取得突破进展。
我国新型光学卫星的全球地表、大气解耦依赖气溶胶光学参数的高精度反演，而气溶胶卫星遥感反演的难题之一是构建稳定的地表约束。传统气溶胶遥感算法中地表约束的构建通常需要长时间卫星观测数据的积累，这为国产新型光学卫星在轨观测初期的地气高精度解耦带来了挑战。
该团队提出的通用地表反射率重建方法，可以解决新发射传感器观测不足的问题。该方法以参考卫星地表反射率产品为基础，仅需目标传感器较短时间的观测，利用时空最小反射率技术构建凸显光谱响应函数差异的地表光谱反射率对比数据集，获得地表光谱反射率重建关系，即可实现对参考传感器历史长时序地表反射率产品的重建。重建后的虚拟地表反射率与目标传感器光谱自洽，可用于构建可靠的地表约束，支撑气溶胶参数高精度反演。该方法成功应用于国产高光谱观测卫星（高分5号02星）上搭载的高精度偏振扫描仪（POSP）上，技术路线如图1所示。
图1 研究技术路线图
研究发现，利用POSP和中分辨率成像光谱仪（MODIS）仅一个月的重叠观测，可以构建二者稳定的地表反射率转换（重建）关系（重建前后如图2和3所示）。基于MODIS 2018年至2021年的地表反射率产品，构建了4年虚拟的POSP地表反射率数据集，开发了基于地表反射率比值和NDVI的二次函数关系作为地表约束（如图4所示）。该地表约束可以用于准确估计蓝光波段的地表反射率，支撑高精度的气溶胶光学厚度（AOD）反演。
图2 重建前MODIS与POSP地表反射率对比
图3 重建后MODIS与POSP地表反射率对比
图4 典型地表（沙漠、植被、城市）地表反射率比值与NDVI之间的关系（以490nm与短波红外通道地表反射率比值为例）。q代表二次拟合系数，RMSE代表二次拟合残差。蓝色、橘色、绿色和红色的点分别代表春、夏、秋、冬四个季节的统计结果
AOD反演结果表明，基于POSP三个蓝光波段（410、443和490nm）的观测均可反演可靠的AOD结果，其中基于POSP 490nm观测反演的AOD结果精度最高（如图5所示）。与全球气溶胶自动观测网（AERONET）的地基AOD产品相比，二者相关系数R为0.914，均方根误差RMSE为0.080，平均相对误差MRE为1.60%，且82.50%的反演结果优于的期望误差。
图5 POSP AOD与AERONET AOD对比验证结果；（a）基于POSP 490nm观测的AOD反演结果；（b）基于POSP 443nm观测的AOD反演结果；（c）基于POSP 410nm观测的AOD反演结果；（d）三个波段AOD反演结果的均值
发表期刊：Remote Sensing of Environment
论文标题：A generalized land surface reflectance reconstruction method for aerosol retrieval: Application to the Particulate Observing Scanning Polarimeter (POSP) onboard GaoFen-5 (02) satellite
论文全文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0034425723002341
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