星载气溶胶多角度分光偏振成像仪

美国喷气推进实验室最近提出一种集多光谱、多角度和偏振技术于一体的遥感仪器。该遥感仪器将装载在卫星上,用以收集与地球对流层气溶胶的空间分布和辐射特性有关的数据。这些数据是人们深入了解气溶胶的自然和人为根源以及气溶胶对气候和大气化学的影响所需要的。由于综合了多光谱、多角度、偏振等多种不     

基于高时空分辨率卫星数据的气溶胶光学厚度反演系统

卫星遥感技术是研究大气气溶胶时空变化规律的重要手段之一。高分四号卫星(GF-4)作为新一代静止卫星,不仅具备更多的可见-近红外波段,而且具有超高时空分辨率的特点,可以执行对固定区域连续观测或凝视扫描覆盖观测,为气溶胶光学厚度定量反演提供了有利条件。基于GF-4静止卫星超高时空分辨率卫星数据,在深入了解卫星观测模式及传感器波段对气溶胶反演敏感性基础上,基于地气时变差异核心思路,开发了针对GF-4超高时空分辨率数据气溶胶光学厚度反演算法;设计并实现了具备业务化反演气溶胶光学厚度能力的软件系统,软件系统具备多线程、全自动运行能力,满足卫星数据处理业务化需求。利用该系统对GF-4数据进行了处理和分析,通过地基仪器实测的气溶胶光学厚度进行了验证,取得了初步结果。结果表明,该系统具有良好的可靠性和稳定性,可以服务于大气颗粒物时空变化遥感监测。     

卫星激光大气遥感数据反演探讨

卫星激光遥感是继红外、可见和微波之后的一种新型主动探测手段,其数据反演是卫星应用的关键技术和重要环节。卫星激光大气遥感主要有气体成分浓度、气溶胶/云垂直廓线和三维风场等三个应用方向。针对大气CO2和气溶胶/云等要素,分别介绍了天基激光差分吸收和后向散射探测原理,探讨了CO2反演bottom-up算法和气溶胶/云反演层次查找分类算法流程。此外,设计了卫星遥感分级数据产品并给出了反演算法地基和机载验证途径。该研究可服务于激光大气遥感卫星的顶层设计。     

敦煌地区气溶胶光学厚度的反演研究

1999年,敦煌遥感卫星辐射校正场开始业务化运行。随着敦煌的城市建设和经济发展,辐射校正场周边环境发生较大的变化。为了了解辐射场的气溶胶光学厚度变化情况,2013年6月至7月,中国资源卫星应用中心在敦煌地区进行了为期15天的野外观测实验,采用法国CMEL公司研制的太阳分光光度计CE318对敦煌地区的大气进行测量,获得了4天晴空的大气光学数据。反演结果表明敦煌遥感卫星辐射校正场的气溶胶光学厚度日变化和逐日变化情况不大,550 nm处的光学厚度均值在0.3左右,符合遥感卫星辐射定标大气条件。     

利用MODIS数据计算北京地区的气溶胶直接辐射强迫

气溶胶通过吸收和反射太阳辐射直接影响地-气系统的辐射平衡.随着技术和反演算法不断改进,以卫星遥感气溶胶为基础,计算气溶胶直接辐射强迫成为可能.基于MODIS气溶胶和地表反照率数据集,结合MODTRAN辐射传输模式,计算北京地区2004～2009年气溶胶直接辐射强迫,并将计算结果与AERONET结果对比,证明了利用该方法...     

2014年春季天津近岸大气气溶胶光学特性观测分析

气溶胶光学性质对于气候、环境以及卫星遥感具有重要意义。利用CE317太阳光度计定点观测了天津近岸2014年3~5月气溶胶光学数据,分析了渤海湾近岸地区春季气溶胶光学特性。结果表明：气溶胶光学厚度（aerosol optical depth , AOD）光谱基本满足Angstrom关系;AOD日变化基本有三种变化趋势：上升型、平稳型、下降型;春季440 nm波段AOD均值为0.776,Angstrom指数α均值为1.011,浑浊度系数β均值为0.344。将该结果与黄海近岸的青岛地区进行了比较分析,表明了气溶胶光学性质的区域性。     

航空多角度偏振观测京津唐地区大气气溶胶

航空大气多角度偏振辐射计（AMPR）可以获取多角度、多波段和偏振辐射观测数据,将AMPR装载于遥感飞机对京津唐地区（工业发达、人口集中）的气溶胶进行观测,经过数据处理和反演,得到该地区的气溶胶光学厚度。反演过程中,以大气校正后的1640nm波段观测数据作为下垫面的地表偏振信息,结合查找表的方法,综合利用多角度光谱偏振辐射信息,反演得到气溶胶的光学厚度。反演结果与同步地基观测数据对比,结果表明AMPR具备观测典型区域大气气溶胶的能力。     

基于主成分分析的CO2统计反演方法

二氧化碳（CO2）卫星遥感中,大气环境因素是影响反演精度的重要原因,目前反演条件通常限制在气溶胶光学厚度小于0.3的情况。我国大气气溶胶高值情况较为普遍,对大气条件的较高要求将严重影响我国CO2卫星遥感数据的应用能力。针对这种情况,利用基于主成分分析法对中国京津地区高气溶胶光学厚度的大气CO2反演,得到的CO2柱浓度与2013年、2014年GOSAT-Level2产品进行对比分析,均方根误差分别为0.65%和0.46%,相关性分别为0.77和0.93。     

PHI高光谱图像的大气校正算法

从高光谱遥感图像中提取较为精确的定量信息,大气校正是必不可少的步骤.本文在应用大气辐射传输模型对高光谱遥感数据进行大气模拟的基础上,研究并发展基于遥感影像信息的经济、有效的大气辐射校正和反射率反演算法.该算法可以根据遥感图像有效地估计大气中气溶胶的空间分布,并分析交叉辐射的影响,进而对其进行大气辐射校正和反射率反演.通过对几景PH I高光谱遥感图像的校正试验,表明了这种算法的有效性.     

综合利用环境星CCD和红外数据反演大气气溶胶光学厚度

采用遥感技术监测大气气溶胶可实现整个研究区域的全覆盖,对区域生态环境的研究具有十分重要的意义.环境与灾害监测预报小卫星于2008年9月6日成功发射,是我国第一个专门用于环境与灾害监测预报的小卫星星座,较目前常用于反演大气气溶胶光学厚度(AOD)的遥感数据源具有一定时间分辨率和空间分辨率的优势.为了促进环境星在陆地气溶胶监测领域的应用,提出一种综合利用环境星同台获取的CCD和红外(1.6 μm)数据反演AOD的方法,该方法利用CCD近红外波段和AFRI植被指数提取非阴影区域浓密植被为暗目标像元、通过6S模型模拟来构建查找表、基于暗目标像元红和蓝波段地表反射率具有较好的线性关系这一原理反演AOD.反演结果误差分析表明该方法比较稳定和可靠,反演结果合理.     

北京地区春季重污染过程污染特征及其光学特性分析

针对北京地区 2018 年 3 月 29 日-4 月 10 日的一次完整重污染过程, 利用空气质量监测数据及 AERONET 北 京站观测数据开展其污染特征及光学特性分析, 并结合 HYSPLIT 气流后向轨迹模式, 对此次重污染期间大气颗粒 物时空传输特征进行了综合研究。结果表明: 北京地区此次重污染过程以弱吸收性细模态气溶胶为主; 重污染期间 PM2:5 浓度和气溶胶光学特性受天气影响非常明显; AEORNET 得到的气溶胶光学特性结果与地面空气监测站监测数 据吻合良好, 表明 AERONET 能在重污染过程气溶胶光学特性研究中发挥重要作用。     

Multisensor Data Product Fusion for Aerosol Research

Combining data sets from multiple satellite sensors is a powerful method for studying Earth-atmosphere problems. By fusing data, we can utilize the strengths of the individual sensors that may not be otherwise possible. In this paper, we provide the framework for combining level 2 data products, using data from three sensors aboard the National Aeronautics and Space Administration (NASA)'s Terra satellite. These data include top-of-the-atmosphere (TOA) radiative energy fluxes obtained from the Clouds and the Earth's Radiant Energy System (CERES), aerosol optical thickness from the multispectral Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS), and aerosol properties from the Multi-angle Imaging SpectroRadiometer (MISR). The CERES Single Scanner Footprint (SSF) contains the pixel level CERES TOA fluxes and the level 2 MODIS aerosol data. We specifically focus upon fusing the CERES SSF with the MISR aerosol products. Although this project was undertaken specifically to address aerosol research, the methods employed for fusing data products can be used for other problems requiring synergistic data sets. We present selected case studies over different aerosol regimes and indicate that multisensor information provides value-added information for aerosol research that is not available from a single sensor.     

Detection of Regional Air Pollution Episodes Utilizing Satellite Digital Data in the Visual Range

A comparative analysis of satellite digital data in the visual range and ground-based aerosol measurements was carried out for July 21 and 22, 1978, representing a significant pollution episode based on low surface visibility and high sulfate levels. Quantitative information on total aerosol loading derived from the satellite digitized data using an atmospheric radiative transfer model agrees well with the results obtained from the ground-based measurements. It is also shown that the extent and transport of the haze pattern can be monitored from the satellite data over the period of maximum intensity of the episode. The model simulation demonstrates the potential of utilizing satellites to monitor both the magnitude and areal extent of pollution episodes.     

秸秆焚烧对中国东部气溶胶时空格局的影响

利用2001-2009年期间的MODIS遥感数据,结合地面能见度资料和近地面风场资料,通过个例和统计分析了我国东部地区6月份的气溶胶时空格局及其成因。结果表明： 1）MODIS监测的火点主要分布在32°N -35°N东西向带状区域内,气溶胶光学厚度（AOD）的高值区和监测到的火点高发区有着较好的空间对应关系。6月受到秸秆焚烧的影响,整个东部地区的AOD达到全年最高。此外,地形和人类活动共同决定了东部地区气溶胶的分布格局。2）安徽地区的能见度、霾日数以及AOD的逐月变化关系表明,6月份夏收季节大量焚烧秸秆,造成空气中颗粒物浓度升高,配合相应的气象条件使得整个东部地区的AOD均有所上升。这进一步加重了东部地区的空气污染,形成了严重灰霾天气,从而导致能见度下降。3）我国东部地区6月份AOD的时空变化（特别是年际变化）与近地面风场时空变化密切相关：风速大值区,污染物容易扩散,AOD相对较低;风速小值区,即气流停滞区,水平扩散条件不好,污染物浓度容易升高,AOD相对较高。     

合肥地区背景大气气溶胶的偏振激光雷达测量研究

为了研究合肥地区背景大气气溶胶的后向散射特性和偏振特性,利用2007年1月至2009年2月期间无云晴天偏振激光雷达常规测量数据进行统计分析。结果表明：合肥地区对流层中、上部气溶胶散射比和大气退偏振比具有明显的季节变化,其均值春季最大、冬季次之、夏季再次、秋季最小;在春季由于非球形粒子增多,使得其结果明显偏大。数据分析结果为低对流层米散射激光雷达测量数据反演提供参数选取依据,并为特殊天气过程大气气溶胶结构层（沙尘层、污染层等）的深入研究提供有用资料。     

Techniques for the retrieval of aerosol properties over land andocean using multiangle imaging

Aerosols are believed to play a direct role in the radiation budget of Earth, but their net radiative effect is not well established, particularly on regional scales. Whether aerosols heat or cool a given location depends on their composition and column amount and on the surface albedo, information that is not routinely available, especially over land. Obtaining global information on aerosol and surface radiative characteristics, over both ocean and land, is a task of the Multi-angle Imaging SpectroRadiometer (MISR), an instrument to be launched in 1998 on the Earth Observing System EOS-AM1 platform. Three algorithms are described that will be implemented to retrieve aerosol properties globally using MISR data. Because of the large volume of data to be processed on a daily basis, these algorithms rely on lookup tables of atmospheric radiative parameters and predetermined aerosol mixture models to expedite the radiative transfer (RT) calculations. Over oceans, the “dark water” algorithm is used, taking full advantage of the nature of the MISR data. Over land, a choice of algorithms is made, depending on the surface types within a scene-dark water bodies, heavily vegetated areas, or high-contrast terrain. The retrieval algorithms are tested on simulated MISR data, computed using realistic aerosol and surface reflectance models. The results indicate that aerosol optical depth can be retrieved with an accuracy of 0.05 or 10%, whichever is greater, and some information can be obtained about the aerosol chemical and physical properties     

基于邻域信息的SAR图像变化检测

为了减少合成孔径雷达(SAR)图像中乘性斑点噪声对变化检测结果的影响,充分地利用了像素的邻域信息。首先使用邻域比值(NR)方法构造差异图像,然后提出基于邻域信息的模糊C均值聚类(FCM)算法。NR算子在构造差异图像时能够较好地保留图像信息并抑制噪声的干扰。同时将邻域信息引入到FCM算法的目标函数,以邻域加权距离改进了FCM算法在欧式距离计算中的不足,并约束了隶属度函数,减少了噪声对邻域中心像素的干扰。通过以上考虑像素邻域信息的算法,得到了差异图像的聚类结果,从而实现了SAR图像的变化检测。实验结果表明,所提算法较传统的FCM和K-means聚类算法,可以较好地保留图像变化区域的信息,同时提高了SAR图像变化检测的准确度。     

南京仙林地区气溶胶光学厚度反演与分析

2007年11月,利用CE-318太阳光度计对南京仙林地区进行了气溶胶光学特性的观测实验.详细讨论了气溶胶光学厚度反演的原理与方法,采用Langley法对CE-318进行了现场定标,利用观测数据反演了气溶胶光学厚度和Angstrom系数.分析得出了550 nm处的光学厚度平均为0.5183,浑浊度系数β平均值为0.2325,波长指数α平均值为1.3373.分析了光学厚度的日变化和逐日变化,讨论了变化的原因.对Angstrom参数的分析表明仙林地区气溶胶以中小粒子为主,这对于分析和监测南京地区大气污染、改善空气质量具有一定的积极意义.     

C-means clustering fuzzified by two membership relative entropy functions approach incorporating local data information for noisy image segmentation

In this paper, C-means algorithm is fuzzified and regularized by incorporating both local data and membership information. The local membership information is incorporated via two membership relative entropy (MRE) functions. These MRE functions measure the information proximity of the membership function of each pixel to the membership average in the immediate spatial neighborhood. Then minimizing these MRE functions pushes the membership function of a pixel toward its average in the pixel vicinity. The resulting algorithm is called the Local Membership Relative Entropy based FCM (LMREFCM). The local data information is incorporated into the LMREFCM algorithm by adding to the standard distance a weighted distance computed from the locally smoothed data. The final resulting algorithm, called the Local Data and Membership Relative Entropy based FCM (LDMREFCM), assigns a pixel to the cluster more likely existing in its immediate neighborhoods. This provides noise immunity and results in clustered images with piecewise homogeneous regions. Simulation results of segmentation of synthetic and real-world noisy images are presented to compare the performance of the proposed LMREFCM and LDMREFCM algorithms with several FCM-related algorithms.