Análise das características da reflexão polarizada de diferentes estruturas da superfície da neve e avaliação de modelos típicos de reflexão polarizada

WU DI ,  

BAI Xinwei ,  

YOU Jinfeng ,  

YU Guang ,  

摘要

A neve tem um impacto significativo no balanço energético da Terra, no ciclo hidrológico e nas mudanças climáticas. Suas características de reflexão são uma base importante para caracterizar o processo de transmissão da radiação na superfície, e a neve também é um dos cenários geográficos mais importantes no campo de batalha de inverno. A superfície natural da neve geralmente é influenciada pelo campo de vento e pela topografia do substrato, formando estruturas macroscópicas como cristas de neve que alteram os caminhos de propagação da luz e as direções de dispersão, afetando ainda mais as características da reflexão polarizada da neve. No entanto, ainda falta uma compreensão sistemática sobre os efeitos das estruturas macroscópicas, como as cristas de neve, nas propriedades da reflexão polarizada da neve e na aplicabilidade dos modelos de reflexão polarizada. Para isso, este estudo teve como objeto de investigação superfícies de neve planas e com cristas, modificando a relação relativa entre a direção da incidência solar e a orientação das cristas, estabelecendo três cenários de observação: superfície plana, cristas perpendiculares à direção de incidência e cristas paralelas à direção de incidência. Utilizou-se um sistema de observação polarizada multângulo para medir as características da distribuição angular do coeficiente de reflexão polarizada no espaço hemisférico para os três cenários e, com base nos dados observados, avaliou-se a capacidade de simulação de dois modelos típicos de reflexão polarizada — modelo Litvinov e modelo Nadal-Breon. Os resultados mostraram que, para a superfície plana e as cristas paralelas à direção de incidência, a reflexão polarizada apresenta uma distribuição relativamente regular no espaço hemisférico, caracterizada principalmente pelo aumento significativo na direção do espalhamento para frente; enquanto nas cristas perpendiculares à direção de incidência, a amplitude da reflexão polarizada na direção de espalhamento para frente diminui significativamente e na direção de espalhamento para trás aumenta. A avaliação dos modelos indicou que o modelo Litvinov e o modelo Nadal-Breon apresentaram alta precisão de simulação sob condições de superfície plana, com R² de 0,86 e 0,84, respectivamente, e erro quadrático médio relativo abaixo de 29%. No entanto, sob condições de estruturas de cristas, a precisão do modelo diminuiu significativamente: para as cristas paralelas à direção de incidência, o R² caiu para 0,73 e 0,64, com erro quadrático médio relativo em torno de 39%; para as cristas perpendiculares à direção de incidência, devido à variação diferenciada na distribuição da reflexão polarizada nas direções frontal e traseira, o modelo desviou-se das hipóteses, apresentando a pior precisão com R² de 0,43 e 0,44 e erro quadrático médio relativo em torno de 50%. Em suma, este estudo revelou o impacto significativo das estruturas da superfície da neve nas características da reflexão polarizada e apontou limitações evidentes dos modelos atuais na descrição das estruturas de crista, indicando que ainda existem incertezas na aplicação do sensoriamento remoto polarizado em condições superficiais complexas, fornecendo, ao mesmo tempo, uma base para futuras melhorias e construções de modelos de reflexão polarizada da neve.

关键词

reflexão polarizada multângulo;neve;cristas de neve;modelos de reflexão polarizada

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