地表光学反射不仅随波长变化，也显著依赖于观测与入射角度条件。高光谱双向反射分布函数（BRDF）能够同时刻画地表的光谱反射特性与BRDF特性，从而全面表征地表光学反射，是理解地表辐射收支、反演地表物理结构以及卫星辐射定标的关键参数。然而，受限于现有观测平台和传感器配置，长期以来难以在合适的空间尺度上同时获取连续光谱与完整角度反射信息。

针对这一关键问题，本研究利用无人机搭载高性能光谱辐射计，在我国西北典型沙漠区域开展观测（图1），实现了350–2500 nm 光谱范围、半球空间多角度的高光谱 BRDF 准确测量（图2）。研究整合了双光谱仪校准、参考板各向异性校正以及基于影像的观测几何匹配等关键流程，有效降低了环境变化和仪器误差对观测结果的影响。通过与实验室和卫星观测数据的系统对比，并结合 BRDF 模型评估，全面验证了无人机测量高光谱 BRDF 数据的有效性与可靠性（图3）。

研究结果表明，无人机测量的高光谱 BRDF 在光谱形状上与实验室测量高度一致（图4），在BRDF特征方面与 MODIS 卫星 BRDF 产品保持良好一致性（图5），并在 BRDF 模型反演与不确定性分析中展现出优异的稳定性与可靠性。该研究证明，基于无人机的高光谱 BRDF 测量能够有效表征地表光学反射特性，为卫星辐射定标及地表辐射平衡研究提供宝贵的验证数据和技术支撑。

以上研究成果以“Hyperspectral BRDF based on UAV measurements can characterize optical properties of flat desert surfaces: A comprehensive comparison with laboratory and satellite data”为题发表于Remote Sensing of Environment 期刊。我院博士研究生盛月超和国家卫星气象中心胡秀清研究员为共同第一作者，孙仲秋教授和卢珊教授为通讯作者，国家卫星气象中心何兴伟副研究员和陈林研究员为主要合作者。该研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金和吉林省科技厅基金的支持。

原文链接：

https://doi.org/10.1016/j.rse.2025.115228  

图1 研究区及无人机测量点

图2 无人机高光谱BRDF评估流程

图3 (a) 无人机飞行计划；(b) BRDF测量角度；(c) 无人机系统组件

图4 无人机与实验室测量的光谱反射特性比较

图5 无人机与卫星观测的BRDF特性比较