科学岛团队在多角度偏振遥感在水云粒子谱反演方面取得新进展

近期，中国科学院合肥物质院安光所光学遥感研究中心遥感信息表征团队，对多角度偏振载荷的数据在水云粒子谱反演方面的应用，进行了探索研究。相关研究成果以《利用卫星多角度偏振观测反演水云滴谱分布策略优化研究：信息量方法》为题发表在国际著名光学期刊Optics Express上。

多角度偏振遥感可为全球云属性和空间分布研究提供重要手段。然而，目前尚缺乏多角度偏振信息如何助力于降低云参量反演不确定性方面的研究。同时，大气辐射传输过程中气溶胶，地表乃至水云粒子本身的谱分布变化均会对反演造成影响。多方面的不确定性使得算法的误差分析存在较大的不确定性，因此建立统一的仪器观测设置和反演方法的评价指标至关重要。

研究人员基于贝叶斯和大气辐射传输理论，使用了信号自由度作为评价指标，分析了多角度偏振观测信息中云有效半径和有效方差反演的信息量状况。同时，从大气辐射传输中太阳入射、被云粒子散射、直至被传感器接收过程，讨论不同传感器观测配置、云粒子特性、气溶胶和下垫面等因素对水云粒子谱分布反演的影响。

结果显示在水云“虹”区中添加多角度偏振观测信息后，水云粒子谱分布的信息含量提高了48%；云滴的浓度对反演影响较大，且粒子谱分布本身的变化对信息量的影响是非线性的，不同谱分布的云滴混合对信息量有显著的负面影响；在气溶胶光学厚度小于0.5且云光学厚度大于5的情况下，气溶胶和地表对反演的影响可以被忽略。该研究结论可为新一代多角度偏振观测仪器设计和相关云参量反演算法改进提供依据。

图1. 有效半径和有效粒子方差作为状态向量时偏振交火载荷单波段强度观测中信息量的半球空间分布情况

图2. 有效半径和有效粒子方差作为状态向量时偏振交火载荷单波段偏振观测中信息量的半球空间分布情况