Schnee hat einen wichtigen Einfluss auf das Energiegleichgewicht der Erde, den Wasserkreislauf und den Klimawandel. Seine Reflexionseigenschaften sind eine wichtige Grundlage zur Charakterisierung des Strahlungstransportprozesses an der Erdoberfläche. Schnee ist auch einer der wichtigsten Oberflächenhintergründe auf Winterkampffeldern. Natürliche Schneeflächen werden häufig durch Windfelder und die Topographie des Untergrunds beeinflusst, wodurch Makrostrukturen wie Schneerillen entstehen, die den Lichtausbreitungsweg und die Streurichtung verändern und somit die Polarisationsreflexionseigenschaften des Schnees weiter beeinflussen. Dennoch fehlt ein systematisches Verständnis darüber, wie Makrostrukturen wie Schneerillen die Polarisationsreflexionseigenschaften und die Anwendbarkeit von Polarisationsreflexionsmodellen beeinflussen. Zu diesem Zweck untersucht dieser Artikel flache Schneeflächen und Schneerillenflächen. Durch Ändern der relativen Beziehung zwischen der Sonneneinfallsrichtung und der Ausrichtung der Schneerillen wurden drei Beobachtungsszenarien erstellt: flache Schneefläche, Schneerillen senkrecht zur Einstrahlungsrichtung und Schneerillen parallel zur Einstrahlungsrichtung. Mit einem Multiwinkel-Polarisationsbeobachtungssystem wurden die winkligen Verteilungsmerkmale des hemisphärischen raumbezogenen Polarisationsreflexionskoeffizienten unter den drei Szenarien gemessen und basierend auf den Beobachtungsdaten die Simulationsfähigkeit zweier typischer Polarisationsreflexionsmodelle – des Litvinov-Modells und des Nadal-Breon-Modells – bewertet. Die Ergebnisse zeigen, dass bei flacher Schneefläche und Schneerillen, die parallel zur Einstrahlungsrichtung verlaufen, die Polarisationsreflexion im hemisphärischen Raum eine relativ regelmäßige Verteilung aufweist, die sich hauptsächlich durch eine signifikante Verstärkung in Vorwärtsstreurichtung auszeichnet; bei Schneerillen senkrecht zur Einstrahlungsrichtung nimmt die Polarisationsreflexionsamplitude in Vorwärtsstreurichtung deutlich ab, während die Polarisationsreflexion in Rückwärtsstreurichtung zunimmt. Die Modellevaluation zeigt, dass das Litvinov-Modell und das Nadal-Breon-Modell unter flachen Schneeflächenbedingungen eine hohe Simulationsgenauigkeit mit R²-Werten von 0,86 bzw. 0,84 und relativen Wurzel-Mittel-Quadrat-Fehlern unter 29 % aufweisen. Unter Schneerillenbedingungen hingegen sinkt die Modellgenauigkeit signifikant: Für das Szenario mit Schneerillen parallel zur Einstrahlungsrichtung sinken die R²-Werte auf 0,73 bzw. 0,64, mit einem relativen Wurzel-Mittel-Quadrat-Fehler von etwa 39 %; bei Schneerillen senkrecht zur Einstrahlungsrichtung zeigt sich durch die unterschiedliche Veränderung der Polarisationsreflexionsverteilung in Vorwärts- und Rückwärtsstreurichtung, welche vom Modellannahmen abweicht, die geringste Genauigkeit mit R²-Werten von 0,43 bzw. 0,44 und einem relativen Wurzel-Mittel-Quadrat-Fehler von etwa 50 %. Zusammenfassend zeigt diese Arbeit den signifikanten Einfluss von Schneeoberflächenstrukturen auf Polarisationsreflexionseigenschaften auf und weist auf deutliche Einschränkungen der bestehenden Modelle bei der Beschreibung von Schneerillen hin. Dies verdeutlicht die Unsicherheit bei der Anwendung der polarisationsbasierten Fernerkundung unter komplexen Oberflächenbedingungen und bietet eine Grundlage für die Verbesserung und den Aufbau zukünftiger Modelle der polarisationsbasierten Schneereflektion.

multiwinkelige Polarisationsreflexion;Schnee;Schneerillen;Polarisationsreflexionsmodell