Page 177 - 《武汉大学学报（信息科学版）》2025年第9期
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第 50 卷第 9 期             周巨源等：HY-1 C/D 卫星 CZI 数据海面太阳耀光反射校正                            1905


                proposed method does not rely on atmospheric parameters, facilitating the rapid dynamic monitoring and re⁃
                trieval of coastal water color using CZI data.
                Key words： sunglint reflection； HY-1 C/D satellite； coastal zone imager (CZI)； sunglint correction； high
                spatial resolution

                    耀光反射是指入射光在海气界面上发生的                          图像上的反射信号可认为均来源于耀光反射和
                镜面反射现象，其强度受到太阳辐射、观测几何                           大气散射     ［18］ ；（2）清洁水体像元的水面耀光反射
                                      ［1］
                角度、海面粗糙度的影响 ，海洋光学图像中耀光                          信号在可见光波段与 NIR/SWIR 的贡献具有一
                反射差异可用于海洋目标（如溢油、漂浮藻类、内                          定的统计相关性；（3）在高空间分辨率数据中，小
                波等）的检测     ［2-4］ 。由于耀光反射信号中并不包含                 区域内的耀光反射也具有空间分异特点。在上
                水体信息，强烈的耀光反射会导致部分遥感观测                           述 3 个基本条件成立的情况下，基于含有耀光反
                数据失效，因此图像耀光的存在会影响水体叶绿                           射 特 征 的 区 域 建 立 像 元 样 本 ，构 建 线 性 校 正 函
                素和悬浮物浓度等水色信息的遥感反演精度                     ［5-6］ 。  数，可计算获得不同区域和不同波段的耀光反射
                尽管调整卫星光学传感器的成像角度可以避免                            贡献值，从而实现高空间分辨率数据中耀光反射
                强烈的耀光反射的影响，但由于遥感观测尺度效                           信号的大致消除        ［20］ 。本文将这种像元样本称为
                应的存在，高空间分辨率海洋光学遥感图像中，                           统计窗口，统计窗口内包含由弱到强的耀光反射
                改变观测角度并不能完全消除耀光反射差异 。                           信号，用于计算校正函数中的相关参数。
                                                         ［1］
                为了保证遥感数据的可用性，耀光反射校正一直                               HY-1 C/D 卫星是中国首个自主海洋水色业
                是水色遥感研究中关注的重点问题。                                务 卫 星 星 座 ，其 搭 载 的 海 岸 带 成 像 仪（coastal
                    在粗空间分辨率光学遥感数据中，海洋表面                         zone imager，CZI）刈幅达 950 km，星下点空间分
                可以看作一个粗糙的镜面，在这种镜面上形成的                           辨率为 50 m。由于 CZI 具有大幅宽、高空间分辨
                                         ［7］
                耀光反射具有空间统计特征 。如在中等分辨率                           率的特点，其图像中往往包含结构复杂的耀光反
                成像光谱仪（moderate resolution imaging spectro⁃      射现象。该类反射不仅与观测视角等几何参数
                radiometer， MODIS） 250 m 分 辨 率 海 洋 光 学 数        密切相关，而且还受到海面状态（如风致粗糙度）
                据中存在明显的耀光反射区，使用 Cox-Munk 统                      变化的显著影响，从而在不同区域表现出多样化
                计模型，通过风速、风向可以估算出耀光反射率                           的空间分布特征。因此，为了提高 CZI 数据的利
                及其空间分布      ［8-9］ ，开展耀光反射校正或进行耀光                用率，提升 CZI 数据的水色信息反演精度，本文采
                干扰区域剔除。而在高空间分辨率数据中，粗糙                           用基于线性回归的谱间关系法，开展典型 CZI 数
                的海表则视为众多微小镜面（即微面元）的集合，                          据的耀光反射校正研究，探究影响耀光校正结果
                海表不同区域的微面元在特定角度下均可能形                            的因素，为国产自主海洋光学卫星水色信息研究
                成耀光反射     ［10-14］ ，较小范围内太阳天顶角、传感器               提供参考。
                天顶角、相对方位角等观测角度变化不大时，海
                表 的 耀 光 反 射 差 异 主 要 来 源 于 海 面 粗 糙 度 差           1 数据与数据预处理
                异 ［13］ 。 如 在 Landsat  8 陆 地 成 像 仪（operational
                land imager， OLI）30 m 空 间 分 辨 率 以 及 哨 兵 二           HY-1 C/D 卫 星 分 别 于 2018 年 9 月 和 2020

                号 卫 星（Sentinel-2）多 光 谱 成 像 仪（multispectral      年 6 月发射，并于 2021 年实现双星组网，构建了
                imager， MSI）10 m 空间分辨率的海洋光学遥感                   覆 盖 上 、下 午 轨 道 的 对 地 观 测 体 系 。 其 搭 载 的
                数据中，部分微面元上的镜面反射被传感器探测                           CZI 传感器具备蓝光（460 nm）、绿光（560 nm）、红
                到，在影像数据中出现离散性的耀光反射图像特                           光（650 nm）及近红外（825 nm） 4 个波段         ［21］ ，双星
                征，此时统计模型则不再适用             ［14］ 。                观测实现了对中国及周边海域的高时间分辨率
                    为了实现高空间分辨率海洋光学数据的耀                          （单星 3 天一次，双星组网可达 3 天两次）与高空
                光校正，学者们采用了基于谱间关系的耀光校正                           间分辨率的海洋光学观测能力               ［22］ ，在国产高分辨
                策 略 ［15-19］ 。 这 种 策 略 的 使 用 有 3 个 基 本 条 件 ：     率海洋光学数据方面填补了重要空白。
               （1）水体在近红外（near-infrared， NIR）和短波红                    通 过 中 国 海 洋 卫 星 数 据 服 务 系 统（https：//
                外 波 段（short-wave infrared， SWIR）对 入 射 光 具       osdds.nsoas.org.cn/）获 取 2019—2022 年 西 北 太
                有强吸收特征，因此当该波段离水反射率为 0 时，                        平洋区域的 CZI 影像数据。数据筛选与预处理过
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