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地面反射率是地物固有的物理和化学特征指标，是描述遥感信息的基本数据，是遥感定量化应用的一个重要参数，是构建遥感模型不可缺少的基本参量。随着定量遥感技术迅速发展，特别是利用遥感数据进行土地利用和土地覆盖变化监测、全球资源环境分析、气候变化检测等的需要，遥感图像地面反射率研究越来越受到重视，并已成为当前遥感领域研究的热点和难点。
在卫星遥感对地探测中，可见光和近红外波段电磁辐射在太阳-地表-传感器之间传输的过程中受到大气分子、水汽、气溶胶和云粒子等大气成分的吸收与散射的干扰与影响，导致传感器接收到的地物光谱失真，降低了遥感图像的清晰度，记录的反射率与地物的实际反射率不一致。基于遥感图像反射率反演模型恢复反映地物真实信息的地表反射率，从而剔除大气干扰、提高图像质量，这对于正确利用遥感数据进行定量分析、信息提取以及遥感应用十分关键。
本文对现有地面反射率反演方法作了对比分析，并着重探讨了MODIS地面反射率反演方法，通过将MODIS反演反射率与地面实测数据对比发现，MODIS反演反射率在第一、第二波段仍然存在一定误差，且平均误差分别为10.76％、10.51％。为了提高MODIS地面反射率精度，本文以上海市崇明岛地区为例，以MODIS250m分辨率图像为实验数据，研究探讨了三种MODIS地面反射率优化方法，并根据崇明东滩实地采集的地物光谱数据对优化反射率作了精度评价。
(1)基于实测反射率的MODIS地面反射率优化。建立了基于实测反射率数据的MODIS平均等效反射率计算模型，选取崇明岛东滩11个采样点进行MODIS平均等效反射率计算。通过对MODIS平均等效反射率与MODIS反演反射率的统计分析，建立了二者之间的定量关系模型，利用该模型对MODIS地面反射率作了优化，实验证明，该方法能有效提高MODIS地面反射率精度，使得到反射率的平均误差控制在10％以内。该方法的缺点是需要大量实测数据，在地面条件复杂的地区运用该方法存在局限性。
(2)基于图像清晰度和多时相遥感图像的MODIS地面反射率优化。在假设地面物体的反射率在某个较短的时间范围内变化量很小可以忽略不计的前提下，利用MODIS成像周期短的特点，分别利用遥感图像质量评价因素——清晰度以及多时相遥感图像特征，提出了两种MODIS地面反射率优化方法，并利用实测平均等效反射率对优化结果进行精度评价。结果表明，基于图像清晰度的MODIS地面反射率优化方法能将MODIS第一、第二波段平均误差减小到10.47％和10.28％，而基于多时相图像的MODIS地面反射率优化方法能将MODIS第一、第二波段平均误差减小到9.43％和9.6％。一定程度上提高了MODIS地面反射率的精度。
在以上研究基础上，本文利用基于多时相图像的MODIS地面反射率优化方法对上海地区MODIS地面反射率产品进行优化，得到了上海市2006年四个季度的地面反射率图像，并利用剖面线方法对其时空变化进行了简要分析。