湖冰雙向反射特征的現場觀測研究

于 淼，盧 鵬*，曹曉衛，湯明光，王慶凱，李志軍, 2

1. 大連理工大學海岸和近海工程國家重點實驗室，遼寧 大連 116024 2. 中國科學院西北生態環境資源研究院凍土工程國家重點實驗室，甘肅 蘭州 730000

引 言

湖泊在溫度降低到冰點以下后水面會形成冰層，由于冰的高反射和低熱傳導能力使得大氣和水體之間的能量和物質交換受到了影響[1]。太陽短波輻射是冰層生消的主要能量來源，了解冰對短波輻射的反射特性對評估冰內能量傳輸及其生消過程有著重要的意義。反照率是量化冰面反射太陽輻射能力的重要參數，隨著氣溫的升高，冰表面開始融化變暗，反照率會隨之減小，冰層會吸收更多的太陽輻射促進冰的進一步融化[2]，這種正反饋作用是冰厚快速減小的重要原因，如何實時連續地獲取冰區反照率成為了一個急需解決的問題。

近年來遙感技術為湖冰的觀測提供了有力的支持，通過遙感數據獲得冰面反照率是現階段獲得大范圍連續數據的唯一方法。反照率表示下墊面對太陽輻射在半球空間內的反射率，即各個方向上反射的總能量與入射能量之比。目前從光學衛星遙感可以獲得多通道[3]和固定觀測天頂角[4]下的下墊面反射率數據，而太陽天頂角的變化也會對反射率產生影響[5]；對于冰這種非朗伯體下墊面，無法通過一個特定方向的反射率反演其他方向的反照率信息，限制了遙感數據在冰區的應用。

解決上述問題需要對冰的雙向反射因子(BRDF)有深入了解，它表示表面特定方向上反射的輻亮度與入射的輻照度之比，是一個可以量化反射光場的各向異性程度的物理量。……