利用Landsat-8 OLI反演大气气溶胶的可见光谱段地表反射率估算

吕春光1，2，田庆久1，2，王磊1，2，黄彦1，2，耿君1，2

(1.南京大学 国际地球系统科学研究所，南京 210023；2.江苏省地理信息技术重点实验室，南京 210023)

摘要：准确估算地表反射率的贡献一直是遥感反演大气气溶胶光学厚度过程中的重点和难点。为了促进Landsat-8 OLI传感器在地表参数定量化特别是大气遥感领域的应用，本文提出一种利用OLI 1.6μm、2.2μm短波红外谱段数据估算遥感影像可见光地表反射率的方法。该方法依托于MOD04产品地表反射率估算模式，通过光谱归一化和构建新的短波红外植被指数等过程，建立OLI地表反射率估算模式，通过误差分析发现该模式能够有效地降低由于传感器光谱响应不同对估算结果的影响，对应用在OLI遥感影像的计算结果与同时间同区域MOD04产品地表反射率进行比较，表明其结果有较高的相关性和可靠性。

关键词：地表反射率；气溶胶；Landsat-8；光谱归一化；植被指数

doi:10.3969/j.issn.1000-3177.2015.01.008

中图分类号：TP79文献标识码：A

Estimation of Visible Surface Reflectance for Retrieving Aerosol

Optical Depth Using Landsat-8 OLI Data

LV Chun-guang1，2，TIAN Qing-jiu1，2，WANG Lei1，2，HUANG Yan1，2，GENG Jun1，2

(1.InternationalInstituteforEarthSystemScience，NanjingUniversity，Nanjing210023；

2.JiangsuProvincialKeyLaboratoryofGeographicInformationScienceand

Technology，NanjingUniversity，Nanjing210023)

Abstract：Accurate estimation to the contribution of the surface reflectance has been the focus and the difficult point in aerosol optical depth (AOD) retrieval from remote sensing data.In order to promote the applications of Landsat-8 OLI data in quantification of surface physical parameters particularly in the field of atmospheric remote sensing，a method to estimate the optical surface reflectance from OLI images was put forward using OLI 1.6μm and OLI 2.2μm short infrared bands.The method was proposed based on the surface reflectance estimation mode of MOD04 product，by means of processes such as spectral normalization，building a new short infrared vegetation index and so on.The error analysis shows the OLI estimation mode can effectively reduce the error effect caused by spectral response differences.The comparison of the surface reflectance estimation results between the OLI and MOD04 product in the same time and same area represents that the estimation results obtained by OLI estimation mode have high correlation and reliability.

Key words：surface reflectance；aerosol；Landsat-8；spectral normalization；vegetation index

1引言

大气气溶胶是大气中重要的成分之一，它会影响大气辐射状况，对全球和区域气候变化、大气环境质量具有重要的作用和影响，是当前大气遥感研究的重要领域之一[1]。遥感反演大气气溶胶光学厚度(Aerosol Optical Depth，AOD)具有重要的科学和现实意义[2]。有研究指出0.01的地表反射率估算误差将会导致0.1的AOD反演误差，同时将会显著影响气溶胶尺度等物理参数的估算[3-4]，因此，准确估算地表反射率的贡献是AOD反演中的关键环节。

暗目标法是目前最常用的估算方法，它利用浓密植被区红光和蓝光波段地表反射率比较低，且与短波红外地表反射率存在固定的线性关系，从而去除反演中地表对表观反射率的贡献[5-6]。……