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本文围绕水色遥感定量反演中的基础共性关键技术问题——水体大气校正展开研究，分析了水气变介质耦合系统的矢量辐射传输模型和逐次散射的近似解法，并对水气界面的光学性质进行了模拟，基于前人研究的成果框架性地研究总结了水体大气校正模型方法、解耦策略和思路，通过理论分析、敏感性试验的手段，研究了诸多不确定性因素对水体大气校正精度的影响，最后，结合我国环境卫星光学载荷的实际特点，提出了CCD相机和高光谱成像仪的水体大气校正方案，并在基于试验结果开展了验证分析。本文的研究工作和主要结果包括：
(1)研究了水气变介质耦合系统的矢量辐射传输模型。总结了水气系统的矢量辐射传输方程的边界约束条件，推导了逐次散射近似法的求解过程，模拟了水气界面处离水辐射的光学性质。研究结果能够为水色遥感的定量化参数反演研究提供理论支持，同时数值模拟结果能够指导地面实验光谱采集和水色传感器的观测角度设计以有效避开水体耀斑。
(2)研究了水体大气校正算法的框架和解耦方法。基于前人研究的成果，框架性地研究分析水体大气校正模型方法，通过围绕大气校正方程，讨论如何从卫星观测总信号中逐一扣除各种辐射组分贡献，以及校正消除干扰因素的影响，然后从数学角度，以大气校正方程组问题求解的思路，总结概括水气系统典型的解耦策略与方法，从而指导我国环境卫星光学载荷的大气校正方法研究。
(3)系统性地对水体大气校正算法的精度影响因素进行分析。从气溶胶模型选取、气溶胶多次散射效应、水色传感器的辐射性能、黑像元假设以及离水漫射透过率五方面入手，通过误差传递表达式的数学推导和敏感性试验，分析不确定性因素对大气校正精度所造成的影响。研究结果能够为我国水色遥感的载荷技术指标设计论证提供一些依据。
(4)发展我国环境卫星光学载荷的水体大气校正方法。在水体大气校正算法框架与解耦思路的研究基础上，分析我国环境卫星光学载荷的技术指标特点，对CCD相机和高光谱成像仪HSI分别选择了直接解耦和MUMM解耦方法，并提出了具体的大气校正技术方案，最后选择我国太湖水体区域开展大气校正试验研究，反演结果表明，技术方案可行并且具有实用价值。