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。     

MPL反演南京北郊气溶胶光学厚度准确度的研究

微脉冲激光雷达是探测气溶胶的有效工具。为了验证探测的准确度,对一台微脉冲激光雷达观测数据采用Fernald算法进行反演,得到了南京北郊上空的气溶胶光学厚度,并将反演结果同太阳光度计观测数据、喇曼-瑞利-米雷达观测数据和中分辨率成像光谱仪的标准气溶胶产品进行了比较。结果表明,它们之间具有一定相关性。微脉冲激光雷达是反演气溶胶光学厚度的有效手段,可以用于其它观测手段的地面验证。     

卫星近红外偏振通道反演气溶胶光学厚度的气溶胶模型影响

卫星偏振测量是气溶胶遥感的一种重要手段.气溶胶模型的准确性是影响卫星遥感气溶胶参数精度的关键因素之一.在卫星反演气溶胶算法中,若忽略气溶胶粗模态贡献(星载偏振传感器气溶胶反演的一种常用假设)或选错气溶胶类型,均会带来反演结果的误差.基于六种典型的气溶胶类型(沙尘型、生物质燃烧型、乡村背景型、污染大陆型、污染海洋型和重污染型)模型,模拟研究了气溶胶模态和类型选择对卫星近红外偏振通道反演气溶胶光学厚度(AOD)的影响.利用矢量的辐射传输模式,模拟分析了六种气溶胶类型在865 nm波长的大气偏振反射分布函数(BPDF);发现大气BPDF与气溶胶粒子尺度密切相关,粗模态对大气BPDF的贡献远小于细模态;粗、细模态同时存在时,大气BPDF反而小于仅细模态时的BPDF.在此基础上,分析了"忽略粗模态贡献"和"选择错误气溶胶类型"两种情况下AOD的反演误差,得到如下结论:(1)忽略气溶胶粗模态贡献,会导致反演的细模态气溶胶光学厚度(AOD_f)偏小.六种典型气溶胶类型模型情况下,AOD_f反演结果可偏低12.3%~35.7%,其中沙尘型气溶胶时AOD_f反演误差最大,污染大陆型气溶胶时AOD_f反演误差最小.(2)若气溶胶类型选择错误,反演的AOD可能偏大或偏小,取决于与气溶胶类型对应的大气BPDF的差别.测试的六种气溶胶类型中,沙尘型与重污染型的大气BPDF差别最大,二者互换(即"选择错误")时,AOD反演误差最大,分别可达220.3%或-60.6%;乡村背景型与污染大陆型的大气BPDF差别最小,两者互换时,AOD反演误差最小,分别为7.1%和-3.0%.研究结果对于发展新一代星载偏振传感器及其气溶胶反演算法研究具有参考价值.     

厦门海域气溶胶光学特性的观测研究

在讨论了太阳辐射计标定的基础上,介绍了利用多波段太阳辐射计对厦门海域气溶胶光学厚度的测量.研究测量结果表明厦门海域气溶胶的Jungle参数是3.0017,它具有大陆模式的特性.     

基于MODIS数据反演高反射率地区气溶胶光学厚度的方法研究

针对高反射率地区地表反射率难以确定的难点,假设在不同年间同一天相同地物的两个不同波段的比值近似相等的前提下,借助几何光学模型理论,应用MODIS历史产品和数据,即MODIS地表反射率产品(MOD09)、历史MODIS图像第七波段的地表反射率和待反演地区的MODIS第七波段的地表反射率数据计算出待反演地区的MODIS其他波段的地表反射率,然后结合利用6S辐射传输模式计算建立的查找表,可实现待反演区域的气溶胶光学厚度的反演.以北京市区为例,应用该方法实现了北京市区的气溶胶光学厚度反演,并把反演结果与AERONET观测站的结果进行了对比,对比发现该反演方法对亮区域有效,其误差在30％以内.     

基于DPC的中国部分区域陆地气溶胶光学厚度反演

大气气溶胶是气候变化与遥感定量化等的重要影响因素,研究气溶胶光学特性具有重要意义.基于高分五号卫星搭载的大气气溶胶多角度偏振探测仪(Directional polarimetric camera,DPC)过境中国区域的数据,开展了气溶胶光学厚度的反演研究.基于矢量辐射传输模型6SV计算构建气溶胶光学特性查找表,采用Ro...     

用MFRSR仪器观测气溶胶光学厚度

气溶胶对激光大气传输有着重要的影响。MFRSR(多光谱旋转遮蔽影带辐射计)是一种用于地基辐射和气溶胶测量的仪器。该仪器使用自动旋转影带技术同时在七个波段交替进行总的水平辐射和漫射水平辐射测量,然后推算得出直接辐射。其中6个波段的中心波长分别是414.3nm,495.3nm,613.7nm,671.5nm,867.6nm,939.3nm,还有一个硅探测器进行宽波段太阳总辐射测量。本文首先介绍了MFRSR仪器及其定标和资料处理方法,然后利用香河观测站2004-2005年MFRSR观测资料,分析了气溶胶的统计特性。为了说明利用MFRSR观测气溶胶光学厚度的可靠性,我们将MFRSR与AERONET的观测结果进行了比较,结果表明二者在500nm、670nm和870nm三个波段的平均偏差分别为-0.021,-0.009,-0.004;标准差分别为0.067,0.051,0.050。文中还对造成二者偏差的原因进行了讨论。     

黄海海域气溶胶光学厚度测量研究

了解海洋上空大气气溶胶的变化情况具有重要的科研和应用价值。本文在讨论了太阳辐射计的标定、大气气溶胶光学厚度的计算和Angstroem参数的计算等问题的基础上，介绍了利用多波段太阳辐射计对黄海海域气溶胶光学厚度的测量和研究。测量结果表明黄海海域大气气溶胶主要由自然来源的气溶胶构成，气溶胶光学厚度在0．1左右，光学厚度的日变化和逐日变化不大，Angstroem波长指数约为1．2，大气混浊度指数在0．05左右。     

激光雷达探测整层大气昼夜气溶胶光学厚度

为丰富整层大气气溶胶光学厚度测量手段,提出了一种综合微脉冲激光雷达与地面能见度测量数据的探测方法。该方法首先利用激光雷达数据反演得到气溶胶垂直消光系数廓线,据此计算出气溶胶标高;再利用能见度和消光系数的关系得到近地面水平方向的消光系数;最后,将近地面消光系数和标高结合,从而得到整层大气气溶胶光学厚度。将该方法应用于合肥地区,成功得到该地区整层大气气溶胶光学厚度的昼夜变化趋势,验证了该方法的可适应性。     

利用太阳辐射测量合肥地区气溶胶光学厚度

2005年11月至2006年1月,选择晴朗无云的天气,利用地物光谱仪和自行设计的基于积分球的光学接收装置,测量了合肥地区的太阳直射光谱。利用Langley方法对测量的数据进行处理,反演了从350 nm到2500 nm的大气气溶胶光学厚度, 550 nm处的光学厚度平均值是0．391 56,光学厚度随波长增加而减小;对计算得出的光学厚度值作了Junge分布拟合,得到浑浊度系数k的平均值是0．188 95,波长指数v的平均值是3．265 04,结果表明合肥地区气溶胶中小粒子占主导地位。     

基于Landsat8OLI可见光波段反演陆地气溶胶光学厚度

为解决目前城市上空气溶胶光学厚度反演中城市地表复杂与卫星分辨率较低的问题,提出一种改进的反演算法.首先利用波段修正后的MODIS(moderate resolution imaging spectroradiometer)地表反射率产品探究了城市区与非城市区在红、蓝波段地表反射率的比值统计关系,然后运用6S辐射传输模型构建查找表反演获得北京及其周边地区的AOD分布.通过AERONET(aerosol robotic network)观测数据验证算法的反演精度,利用相对平均偏差RMB、平均绝对误差MAE、平均相对误差MRE、均方根误差RMSE和相关系数R共5个指标进行衡量,结果表明:反演结果与AERONET观测数据具有较高的一致性,5个观测站点的R都大于0.95,MAE范围为0.037～0.065,MRE范围为24.08％～39.54％,RMSE范围为0.047～0.083,RMB范围为0.86～1.452,且所有观测点对中有超过84％满足MODIS气溶胶产品的误差精度要求,说明算法对获取高分辨率城市地区的AOD具有较好的可行性.     

Aerosol Optical Depth Retrieval Over the NASA Stennis Space Center: MTI, MODIS, and AERONET

The Multispectral Thermal Imager (MTI) and the Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) satellite-based aerosol optical depth (AOD) retrievals are compared to each other and to the sun photometer AOD measurements at the National Aeronautics and Space Administration's Stennis Aerosol Robotic Network (AERONET) site. The overall accuracy of the MODIS AOD retrieval is approximately the same as the accuracy of the MTI with close-to-nadir view (at large scattering angles) when compared with AERONET measurements. The accuracy of the MODIS AOD retrieval is found to be a function of the scattering angle (the angle between the direction of the incoming and the scattered photons). The root mean square error of the MODIS AOD retrieval at the Stennis site is found to increase from 0.04 at scattering angles between 90$^circ$and 105$^circ$to over 0.12 at scattering angles from 140$^circ$to 165$^circ$. Using only moderate scattering angles$(≪105^circ)$can significantly increase the accuracy of the MODIS AOD retrievals.     

The Effect of Spatial Resolution on Satellite Aerosol Optical Depth Retrieval

We use data from the Multispectral Thermal Imager (MTI) to evaluate the effects of spatial resolution on the accuracy of aerosol optical depth (AOD) retrieval. Our results show that increasing the pixel size by itself has little effect on AOD retrieval accuracy at our chosen study site. However, increased pixel size does increase the error in AOD retrieval as a result of clouds. High-resolution sensors like MTI are able to avoid most clouds, but as the pixel size increases, subpixel clouds avoid the cloud mask, creep into selected pixels, and add a positive bias to the retrieved value of AOD. In accompanying work, we show that increasing pixel size has a small but noticeable impact on the normalized difference vegetation index (NDVI) and the 2.2-$mu$m reflectance, both used in the retrieval algorithm. We also examine the uniformity of the aerosol layer and show that the AOD varies by less than 0.02 in optical depth units over a 2.3$,times,$3.8 km$^2$area. An analysis of the temporal variability of Aerosol Robotic Network-retrieved AOD shows a standard deviation of 0.02 on partly cloudy days and 0.004 on clear days.     

利用MODIS近红外陆地通道反演浑浊水体上空气溶胶光学厚度

目前MODIS海洋气溶胶反演算法能够很好地给出远海气溶胶性质,但近海结果并不理想。这是因为近海浑浊水体对0.55 µm、0.646 µm波段不能视为暗目标,对于0.86 µm波段也并不是总能视为暗目标。本研究采用MODIS近红外陆地通道对中国东南近海浑浊水体上空的气溶胶进行了反演研究,结果与AEROET符合得较好,这种算法可以很容易的与现行算法相结合,从而能够获得更多宝贵的气溶胶数据。     

利用太阳辐射测量合肥地区气溶胶光学厚度

2005年11月至2006年1月,选择晴朗无云的天气,利用地物光谱仪和自行设计的基于积分球的光学接收装置,测量了合肥地区的太阳直射光谱。利用Langley方法对测量的数据进行处理,反演了从350nm到2500nm的大气气溶胶光学厚度,550nm处的光学厚度平均值是0．39156,光学厚度随波长增加而减小;对计算得出的光学厚度值作了Junge分布拟合,得到浑浊度系数k的平均值是0．18895,波长指数v的平均值是3．26504,结果表明合肥地区气溶胶中小粒子占主导地位。     

基于MAX-DOAS的对流层NO2和气溶胶光学厚度遥测反演

随着全球工业化速度加快和人口的增多,大气环境问题日益突出,NO2和气溶胶在大气化学中扮演着重要的角色。地基多轴差分吸收光谱技术（MAX-DOAS）基于被动DOAS原理,近年来已成功应用于大气痕量气体柱浓度和气溶胶光学厚度（AOD）测量方面。本文基于被动DOAS算法对合肥秸秆燃烧期间NO2柱浓度以及气溶胶光学厚度进行了观测,并把对流层柱浓度和臭氧监测仪(Ozone Monitoring Instrument, OMI)结果进行对比;测量的气溶胶光学厚度和太阳光度计（CE318）进行了对比。结果表明,MAX-DOAS测量结果要高于卫星值,11月6日MAX-DOAS测量NO2柱浓度日均值为OMI的1.9倍;二者在无云条件下一致性较好;MAX-DOAS反演AOD和太阳光度计结果相关性在0.9以上。