何贤强研究员团队及合作者在遥感领域知名期刊《IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing》上发表了题为“Adjacency effect on Rayleigh scattering radiance for satellite remote sensing of river waters”的研究论文。论文第一作者为我所与浙江大学联合培养的博士生赵雅琪，通讯作者为何贤强研究员，合作者包括我所白雁研究员、王迪峰研究员、李腾副研究员、龚芳高级工程师、金旭晨助理研究员，以及上海卫星工程研究所徐菲博士。
对于沿海和内陆水域的水色卫星遥感，尤其是宽度较窄的河流水体，由周围高反射率的陆地引起的邻近像元效应不容忽视。邻近像元效应会导致水体像元的卫星接收辐亮度被高估（图1），如果不能精确量化并进行校正，将无法准确地从卫星接收辐射信号中反演出所需的离水辐射，从而给后续的水色要素反演带来不确定性。邻近像元效应对细长的河流水体影响尤为显著，但目前国际上仍缺乏针对河流水体邻近像元效应影响的全面认识。
![]()
图1. 邻近像元效应示意图(紫色、橘色表示邻近像元辐射贡献)针对上述问题，本研究首先基于蒙特卡洛方法开发了可适用于河流水体的非均匀下垫面三维水-气耦合矢量辐射传输模型NUS-MC（图2）。通过与SeaDAS精确瑞利散射查找表、PCOART模型以及6Sv模型结果的对比验证，结果表明，NUS-MC可精确模拟均匀下垫面以及非均匀下垫面情况下的大气分子瑞利散射辐射。基于NUS-MC模型，系统阐明了不同太阳入射、卫星观测角度，不同河宽、离岸距离、河道取向，以及不同陆地反照率情况下的邻近像元效应对河流水体瑞利散射辐射的影响。结果表明，在蓝光波段（443 nm），即使是大型河流（河宽为10公里），当陆地反照率分别为0.1、0.3、0.5时，邻近像元效应对于河道中心水体瑞利散射辐亮度影响可分别达到3.97%、18.19%、33.37%，表明河流水体精确大气校正必须考虑邻近效应影响（图3）。此外，研究表明邻近像元效应随着太阳天顶角增加而减小，随着卫星观测天顶角增大而增大，并且对观测方位较为敏感。本研究表明，河流水体瑞利散射邻近像元效应过程复杂，与多种因素有关，其对大气校正的影响不容忽视。未来需要进一步研究邻近像元效应对气溶胶散射的影响，并构建考虑邻近像元效应影响的河流水体大气校正方法。![]()
图3. 443nm波长不同河宽（River width）、陆地反射率（Albedo）情况下邻近像元效应对河道中心水体瑞利散射的影响百分比。图中不同颜色曲线表示不同观测天顶角（VZA）下的结果。黑线表示平均值。本研究为何贤强研究员团队前期突破考虑地球曲率影响的球面海-气耦合矢量辐射传输模型构建后，进一步在非均匀下垫面三维水-气耦合辐射传输模型构建中取得的新成果，为开发考虑邻近像元效应的水色遥感大气校正算法奠定了基础。
本研究得到了国家重点研发计划项目（2023YFC3108101）、浙江省“尖兵”研发攻关计划项目（2033C03011）以及国家自然科学基金项目（U23A2037）等资助。
Zhao, Y., He, X., Bai, Y., Xu, F., Jin, X., Li, T., Wang, D., Gong, F., 2024. Adjacency effect on Rayleigh scattering radiance for satellite remote sensing of river waters. IEEE Trans. Geosci. Remote Sens. 1–1.
