考虑宏观地形的月表反射率和反照率模型研究

发布时间：2020-01-21 14:11

【摘要】：月表的反射率、反照率和矿物含量是探测月表物质特征、成分及月球地形地貌的重要信息来源。月球由于受到小天体撞击的影响,导致表面地形起伏较大。而卫星传感器对月表观测时,是将其作为平面,卫星探测的数据不能够代表月表的真实值。因此,有必要在考虑地形因素的情况下研究反射率、反照率和矿物含量。通过对反射率与反照率模型的研究,选择了各参数物理意义明确的辐射传输模型,推导考虑宏观地形影响的反射率与反照率模型,并将模型推广至月球表面。已知地表某一坡面上的辐射可分为太阳直接入射辐射、大气散射辐射和周围地形反射辐射,引入方向-方向反射和半球-方向反射,将辐照度与辐射亮度之间建立关系,并进一步推导出针对地形崎岖地区的反射率模型。由于月球几乎没有大气,所以忽略了大气散射辐射的影响,对反射率模型进行了简化,得到了月表的反射率模型。根据Hapke二向性反射模型,Hapke推导出了单波段反照率模型。但Hapke推导的模型并没有考虑宏观地形的影响,因此增添了对地形起伏的考虑。具体采用了两种方式,基于单散射反照率方法是利用反射率模型求解反照率模型中的单散射反照率推导反照率模型,基于宏观地形校正函数方法是将地形对反射率的影响作为比例系数推导单波段反照率模型。但是两种方法反演得到的反照率都为单波段的反照率,目标要得到宽波段的反照率,因此,依据反照率的定义,将单一波段的入射辐照度与所有波段上的入射辐照度之比作为线性模拟中的比例系数,将单波段反照率模型转化为宽波段反照率模型。选择月船一号(Chandrayaan-1)搭载的Global观测模式下的M3高光谱数据,以Apollo16登月点作为研究区,结合模型对所需月表参数,包括高程、坡度与坡向、入射角与反射角、天空可见因子与地形可见因子、太阳直接辐照度、太阳总辐照度及太阳直射二值因子,进行求解。在此基础上,应用考虑宏观地形的反射率和反照率模型反演月表的反射率和反照率。通过对比分析,利用推导得到的反射率与反照率模型,可从一定程度上消除宏观地形的影响。综合反射率与反照率的反演结果,利用混合光谱分解法,从单散射反照率的定义出发,利用矿物含量,建立混合矿物单散射反照率与端元矿物单散射反照率之间的线性关系,基于最小二乘法,解算出考虑地形影响前后的端元矿物含量。结果表明,使用考虑地形影响的矿物含量更准确,且反演得到的钛铁矿含量与实测值更接近,斜长石的反演结果与实测的斜长石和胶结物之和比较接近,而其他矿物的反演结果误差相对较大。
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：P184.5

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