双向偏振分布函数（BPDF）模型被广泛用于表征目标反射光的偏振特性，对于建立偏振信息与地表结构参数之间的联系，以及理解地表偏振反射对辐射传输过程的贡献具有重要意义。然而，现有BPDF模型难以同时准确表征叶片、建筑物和湿润土壤等相对光滑表面呈现的强烈且集中的偏振反射峰，以及冰雪和沙漠等粗糙表面所表现出的相对较弱、分布范围更广的偏振反射分布。因此，有必要构建一个能够准确表征不同类型地表偏振反射特性的BPDF模型，以提高地表偏振反射的模拟精度，并深化对地表结构特征与偏振反射之间关系的理解。

本研究提出了一种三参数半经验BPDF模型（GMF模型）。该模型引入GGX微面元法线分布函数，以考虑表面地表结构变化对偏振反射特性的影响，并结合菲涅尔反射方程和阴影遮蔽函数，实现对不同类型地表偏振反射大小及其角度分布的统一表征。研究利用三种叶表光滑程度不同的水平型冠层的实验室多角度偏振测量数据，以及涵盖16种IGBP地表覆盖类型的POLDER卫星多角度偏振观测数据（图1），对GMF模型与现有BPDF模型的模拟性能进行了对比评估。

研究结果表明，GMF模型不仅能够真实地再现光滑地表的偏振反射峰值特征（图2a、b；图4前3列），还能准确表征粗糙地表上较宽的偏振反射分布特征（图2c；图4后2列）。与现有五种BPDF模型相比，GMF模型表现出最高的偏振反射模拟精度。在实验室测量数据中，整体均方根误差（RMSE）降低了33%–68%（图3），在POLDER卫星观测数据中则降低了8%–30%。综上所述，GMF模型提高了地表偏振反射特性的表征能力，为BPDF模型在地表监测和辐射传输研究中的应用提供了新的模型基础。

该项研究成果近期以“A semi-empirical BPDF model for improving characterization of polarimetric reflection of land surfaces: Validation using laboratory and POLDER polarization data”为题发表于Remote Sensing of Environment期刊。我院博士生刘聪为第一作者，孙仲秋教授和卢珊教授为通讯作者，东京大学名誉教授Kenji Omasa为主要合作者。该研究得到了国家自然科学基金和吉林省科技发展计划项目的支持。

文章链接：https://doi.org/10.1016/j.rse.2026.115722

图 1. POLDER观测目标所对应的IGBP地表覆盖类型在全球范围内的空间分布。

图 2. 主平面内三株冠层样本（a–c）的BPRF实测值与不同BPDF模型模拟值的对比。

图 3. 三株冠层样本的BPRF实测值与五种现有BPDF模型（a–e）及GMF模型（f）模拟值的散点对比。

图 4. 865 nm波长下，五个典型POLDER样本的BPRF实测值与两种表现较好的现有BPDF模型（Nadal–Bréon和Litvinov）及GMF模型模拟值的极坐标散点对比。