積雪は地球のエネルギーバランス、水文循環、気候変動に重要な影響を及ぼし、その反射特性は地表放射伝達過程を特徴付ける重要な基盤であり、積雪は冬季戦場の主要な地物背景の一つでもあります。自然積雪表面は風場や下地形の影響を受けて雪垄などのマクロ構造を形成し、光の伝播経路や散乱方向を変化させ、積雪の偏光反射特性に影響を与えます。しかし、雪垄などのマクロ構造が積雪の偏光反射特性および偏光反射モデルの適用性に与える影響については、体系的な理解が不足しています。本研究では、平坦な雪面と雪垄の雪面を対象とし、太陽入射方向と雪垄の走向の相対関係を変化させ、平坦雪面、入射方向に直交する雪垄、入射方向に平行する雪垄の三つの観測シナリオを構築しました。多角度偏光観測システムを用いて三つのシナリオ下での半球空間における偏光反射係数の角度分布特性を測定し、観測データに基づいて代表的な二つの偏光反射モデルであるLitvinovモデルとNadal-Breonモデルのシミュレーション能力を評価しました。結果は、平坦雪面および入射方向に平行な雪垄の場合、偏光反射が半球空間において比較的規則的な分布特性を示し、前方散乱方向における顕著な増強が見られることを示しました。一方、入射方向に直交する雪垄の場合は、前方散乱方向の偏光反射振幅が著しく減少し、後方散乱方向の偏光反射は増加しました。モデル評価の結果、LitvinovモデルとNadal-Breonモデルは平坦雪面条件下で高いシミュレーション精度を示し、R²はそれぞれ0.86および0.84、相対平均二乗誤差は29％未満でした。しかし雪垄構造条件下ではモデル精度が大幅に低下し、入射方向に平行な雪垄の場合、R²はそれぞれ0.73および0.64に低下し、相対平均二乗誤差は約39％でした。入射方向に直交する雪垄の場合は、前方および後方散乱方向の偏光反射分布の違いによりモデルの仮定から逸脱し、最も低い精度を示し、R²はそれぞれ0.43および0.44、相対平均二乗誤差は約50％でした。総じて、本研究は雪面構造が偏光反射特性に与える顕著な影響を明らかにし、既存の偏光反射モデルが雪垄構造の記述において明確な限界を持つことを指摘し、複雑な地表条件下での偏光リモートセンシング応用には不確実性が存在することを示すとともに、今後の雪面偏光反射モデルの改良・構築の基礎を提供します。

多角度偏光反射;積雪;雪垄;偏光反射モデル