光学遥感大气气溶胶特性

本文提出一种光学遥感大气气溶胶特性的新方法。由多波段望远光度计观测的太阳直接辐射和太阳所在地平纬圈天空亮度的相对分布值,同时反演出气溶胶散射相函数,整层大气的光学厚度随波长的变化,进而用“库”方法反演出气溶胶粒子的尺度谱和折射率的实部和虚部。对比平行观测的结果表明,光学遥感方法所得的结果是可信的。本文同时也讨论了北京地区大气气溶胶的光学参数在不同季节的变化。     

中国大气气溶胶辐射特性参数的观测与研究进展

长期系统的气溶胶辐射特性观测资料是定量研究气溶胶辐射和气候效应的重要基础.本文综合介绍中国大气气溶胶辐射特性观测与研究现状和成果,重点包括以下内容:地面太阳光度计联网观测气溶胶光学厚度、单次散射反照率、尺度谱;从全波段太阳辐射反演气溶胶光学厚度、单次散射反照率;浊度计和黑碳仪测量地面气溶胶散射系数和吸收系数;地基/星载激光雷达观测气溶胶(后向散射系数)垂直分布;极轨/静止卫星遥感反演气溶胶光学特性.     

CE318太阳光度计基本结构与安装使用

CE31 8自动跟踪太阳光度计是由法国CIMEL公司研制生产、用于气溶胶光学特性和大气质量监测的自动测量仪器 ,它不仅能自动跟踪太阳作太阳直射辐射测量 ,而且可以进行太阳等高度角天空扫描、太阳主平面扫描和极化通道天空扫描。CE31 8能自动存储测量数据 ,并可自动传输到计算机保存及发送。 CE31 8测得的直射太阳辐射数据可用来反演计算大气透过率、消光光学厚度、气溶胶光学厚度、大气水汽柱总量和臭氧总量。其天空扫描数据可以反演大气气溶胶粒子尺度谱分布及气溶胶相函数。 CE31 8可用于卫星遥感产品检验和气溶胶气候研究 ,在大气光…     

用于空间对地遥感的一个参数化辐射传输计算模式

一个足够精度的参数化向上亮度模式对空间对地遥感的大气订正应用是很有意义的。依据向上天空亮度对大气散射相函数、光学厚度、太阳天顶角、空间方位和天顶角等有关参数的依赖特性,基于大量的天空亮度数值模拟计算资料,本文发展了一个关于向上天空亮度的参数化模式。39440组的数值模拟对比资料表明,在气溶胶光学厚度#Aτt≤1,太阳天顶角小于72°,μ≤0.432 （天顶角小于65°）以及无云的条件下,由现在的参数化的模式所计算的向上亮度的误差一般小于6%。地表反射率越大,参数化模式的精度越高。参数化模式的精度一般随着光学厚度和太阳天顶角的增大而变差。     

大气气溶胶的垂直非均一对向上亮度和卫星遥感地表反射率的效应

均一模式和两层模式是两个忽略气溶胶垂直非均一、并广泛用于卫星遥感的辐射模式。通过两个模式的数值模拟，分析了气溶胶的垂直非均一对向上天空亮度和卫星遥感地面反射率的效应。数值模拟选用了２４个有代表性的气溶胶模式。对于具有强分子散射的卫星短波通道，由于分子和气溶胶散射性的明显不同，应用均一和两层模式计算的向上亮度往往存在较大误差。对长波通道，如果气溶胶的光学特性随高度变化不大，该亮度误差较小，但如果存在不同散射相函数和一次散射反照率的气溶胶层，该误差仍可能较大。对于干净的大气，由均一和两层模式计算的亮度误差可分别高达３１．４％和３１．５％，而对于混浊的大气，该误差可分别高达６７．８％和５９．２％。该亮度误差可以引起地表反射率解存在大的不确定性，特别是对于短波通道和强吸收的气溶胶。对于包含强吸收气溶胶的混浊大气，均一和两层模式不适合于大气订正应用。     

利用静止卫星MTSAT反演大气气溶胶光学厚度

卫星遥感是获取气溶胶光学特性的重要手段,利用静止卫星可见光通道资料反演气溶胶光学厚度(AOD)的算法使用日本静止气象卫星MTSAT可见光通道资料反演了2008年5月中国地区陆地上的气溶胶光学厚度,将得到的结果分别与AERONET站点的地面观测值进行比较,得到了较好的线性相关关系,再将其与相应的MODIS气溶胶光学厚度产品进行比较,也得到了较为一致的分布,表明MTSAT反演的气溶胶光学厚度产品可以反映大气气溶胶光学厚度的日变化信息。最后对这种反演算法的误差来源进行了分析。     

北京地区太阳可见光辐射与大气透明度的初步测量

可见光辐射的测量可以说已有一个世纪了。近一二十年来,随着空间技术,大气污染的兴起和发展,又引起了人们对可见光辐射测量的重视。要从卫星上获得清晰的地物照片,必须提供物体亮度和背景亮度的资料,这就促使我们去研究太阳辐射在地球大气中的传输规律,考察气溶胶粒子多次散射的作用,实地测量整层大气的衰减量。另一方面,由于可见光对气溶胶粒子相当敏感,就有可能利用天空辐射的资料反演气溶胶粒子的谱分布,这对评价大气污染程度,研究大气光学性质都具有重要的意义。     

GMS5卫星遥感气溶胶光学厚度的试验研究

通过模拟 GMS5卫星可见光通道的表观反射率 R对不同大气气溶胶模型、不同下垫面反射率以及不同气溶胶光学厚度的敏感性 ,对利用 GMS5卫星资料反演湖面上空气溶胶的可行性进行了分析 ,并结合地面多波段太阳光度计观测数据 ,反演了巢湖上空大气气溶胶光学厚度。结果表明 ,反演所得 0 .5336μm气溶胶光学厚度强烈依赖于湖面反射率的选取 ,通过选取合适的湖面反射率 ,卫星反演的气溶胶光学厚度和地面光度计遥感的月均值相对误差不超过 30 %。     

上海地区大气气溶胶光学特性的初步研究

上海是东亚重要的沿海城市之一,其上空大气气溶胶光学特性的研究对了解上海及我国东部沿海地区的环境和气候影响等方面都具有重要性,至今尚无这方面的实际观测分析。本工作利用2000年6月到2002年12月之间测得的上海地区太阳直接辐照度数据,分析之后得出大气气溶胶光学厚度值,并统计分析了大气气溶胶光学厚度的季节变化及其与地面能见度的关系,最后给出了气溶胶消光谱。通过上述工作,发现上海地区大气气溶胶光学厚度具有夏季最大,春季次之,冬季最小的相对稳定的特点。此外,地面能见度及其倒数作为一个相对容易获得的参数,与大气气溶胶的光学厚度具有较好的相关性,可以考虑将其倒数作为一个约束气溶胶光学厚度分布的物理参数,这对今后的观测和研究都具有一定的实际意义。     

塔克拉玛干沙漠春季大气气溶胶光学特性研究

本文利用多波段光度计在新疆塔克拉玛干沙漠探测的1986年4月11日至5月10日的太阳直接辐射强度和天空亮度资料,分析了塔克拉玛干沙漠晴空大气和沙暴期间大气气溶胶的光学厚度、谱分布以及折射率的变化特性。     

SIMULTANEOUS DETERMINATION OF AEROSOL SIZE DISTRIBUTION AND REFRACTIVE INDEX AND SURFACE ALBEDO FROM RADIANCE－PART I: THEORY

Analyzing in detail the dependence of sky radiance on aerosol optical property and surface albedo, we present a new method for simultaneous determination of aerosol size distribution, its wavelength-dependent refractive index and surface albedo. The aerosol scattering phase function near 10o, its weighted phase function near 40o introduced in this paper, which can be inferred from sky radiance data, and the radiance near 90o are respectively used in retrieving the real part of refractive index, its imaginary part and surface albedo. Results in numerical experiments are satisfactory under different given conditions.     

Measurements of desert dust optical characteristics at Porte au Sahara during SAMUM

Main optical characteristics of desert dust, such as phase function and single scattering albedo, have been derived from combinations of sun-/sky-radiometer and satellite measurements during the SAMUM experiment (10 May–10 June 2006) at the site Porte au Sahara (30.237°N, 5.607°W) in South Morocco. Scattering phase functions have been retrieved using combined data of spectral aerosol optical thickness (AOT) and spectral sky brightness in the almucantar, considering non-spherical light scattering. Intercomparisons of modelled top-of-atmosphere (TOA) reflectance with satellite observations of the Medium Resolution Imaging Spectrometer (MERIS) and Scanning Imaging Absorption Spectrometer for Atmospheric Chartography () instrument have been used for the estimation of spectral single scattering albedo. For the radiative transfer calculations scattering phase functions and AOT from ground-based observations have been used. The spectral single scattering albedo ranges from 0.93 in the blue to 0.98 at 753 nm.     

Simultaneous determination of aerosol size distribution and refractive index and surface albedo from radiance- Part III: Parametrization and application

Based on the radiative transfer calculation results, three approximate expressions of the sky radiance in almucantar and its increment caused by surface albedo are presented. They are simple, but accurate enough. The dependence of the fitted aerosol scattering phase functions on refractive index is also studied, and its reasonable form is given. For Junge size distribution, the approximate equations of the phase functions with some special scattering angles are obtained. These approximate equations significantly simplify the retrieval algorithm of simultaneous determination of aerosol size distribution and its refractive index and surface albedo. This method can be realized with a microcomputer, and has been used to process and analyse the experimental data measured in Hefei of Anhui Province.     

Climatological assessment of desert targets over East Asia — Australian region for the solar channel calibration of geostationary satellites

Desert targets for solar channel calibration of geostationary satellites in the East Asia — Australian region were selected and their qualities were assessed with aid of Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer data (i.e., white-sky surface albedo, aerosol optical thickness, and cloud fraction) from 2002 to 2008. The magnitude, spatial uniformity, and temporal stability of the white-sky surface albedo are examined in order to select bright and stable targets. Subsequently those selected targets over China, India, and Australia are further checked for their qualities in terms of data yielding ratio, aerosol optical thickness, cloud fraction, satellite viewing angle, and solar zenith angle. Results indicate that Chinese targets are found to be not adequate as calibration targets in spite of excellent surface conditions because of high percentage of cloud, possibly heavy aerosol loading, and lower solar elevation angle in particular during winter time. Indian site should be take care about relatively high temporal variation of surface condition and heavy aerosol loading. On the other hand, Australian desert targets are considered to be best when surface brightness, spatial and temporal stability, data yielding ratio, aerosol, and cloud are counted.     

SIMULTANEOUS DETERMINATION OF AEROSOL SIZE DISTRIBUTION AND REFRACTIVE INDEX AND SURFACE ALBEDO FROM RADIANCE-PART III: PARAMETRIZATION AND APPLICATION

Based on the radiative transfer calculation results, three approximate expressions of the sky radiance in almucantar and its increment caused by surface albedo are presented. They are simple, but accurate enough. The dependence of the fitted aerosol scattering phase functions on refractive index is also studied, and its reasonable form is given. For Junge size distribution, the approximate equations of the phase functions with some special scattering angles are obtained. These approximate equations significantly simplify the retrieval algorithm of simultaneous determination of aerosol size distribution and its refractive index and surface albedo. This method can be realized with a microcomputer, and has been used to process and analyse the experimental data measured in Hefei of Anhui Province.     

用MODIS反演北京城市地区地表反照率精度以及算法改进

MODIS(MODerate-resolution Imaging Spectroradiometer)地表反照率的精度在乡村地区已经得到了检验,但是至今没有在城市地区的有关研究。地表反照率的精度在很大程度上取决于大气订正的精度,作者利用2002年以来的北京AERONET(国际气溶胶检测网络)站点Cimel气溶胶观测资料对反射率进行大气订正,通过对比来评价MODIS地表反照率算法中大气订正的精度。结果发现,MODIS大气订正在蓝光波段具有明显的过度订正现象,MODIS大气订正后地表反射率平均偏低0.03。MODIS地表反照率在冬季有约75%的缺测,这是因为冬季严重的空气污染使得MODIS云检测得到晴空观测较少。MODIS使用三参数双向反射率函数（BRDF）要求16天以内至少有3次以上的晴空观测（MODIS算法中要求7次）。通过分析MODIS反演得到的三参数,发现虽然它们的绝对值具有明显的季节变化,但是它们的比值是十分稳定的,这样使BRDF函数降低到只需要一个参数,有效降低了对晴空观测次数的要求,这一思想可以应用到热带等晴空日数较少的地区。     

利用多角度POLDER偏振资料实现陆地上空大气气溶胶光学厚度和地表反照率的同时反演 II. 实例分析

由于陆地地表反照率的复杂性,陆地上空气溶胶的反演一直是卫星对地观测的一个难点,针对这个难点,作者提出联合利用偏振反射率和总反射率提取陆地上空大气气溶胶光学厚度和地表反照率及其区域分布的反演方案,提出了利用NCEP资料订正由海拔高度引起的Rayleigh散射变化的具体方法,并利用POLDER（POLarization and Directionality of Earth's Reflectance）的LEVEL-1B资料进行实际反演计算,给出中国华北地区气溶胶光学厚度和地表反照率的区域分布。反演结果与地基观测进行了对比验证分析,结果表明,综合利用标量辐射和偏振信息的可以实现区域乃至全球尺度的大气气溶胶和地表反照率的定量反演。     

北京一次污染过程气溶胶光学特性及辐射效应

利用地面激光雷达、太阳光度计观测反演气溶胶光学特性参数,结合PM_2.5观测数据,分析了2018年1月25—28日北京一次完整污染过程中气溶胶光学特性变化。基于观测数据,利用短波辐射传输模式计算了不同程度污染日,晴空背景下气溶胶对辐射加热率的改变程度。结果表明:清洁日（25日）,PM_2.5日平均质量浓度为19.00 μg·m-3,440 nm气溶胶光学厚度为0.13,单次散射反照率为0.87,整层气溶胶消光系数低于0.10 km-1,短波辐射均为增温效应;污染期间（26—27日）,PM_2.5日平均质量浓度为83.21 μg·m-3,气溶胶光学厚度为2.48,气溶胶散射能力增强,单次散射反照率达到0.94,气溶胶主要消光层厚度提升至3.00 km高度,消光系数平均值为0.43 km-1,气溶胶在垂直方向的变化导致气溶胶中上层（1.50~3.00 km高度）加热作用强烈,短波辐射加热率平均值达到13.89 K·d-1,而低层（1.50 km高度以内）加热作用较弱,加热率平均值仅为0.99 K·d-1。气溶胶散射能力增强导致加热作用减弱,污染日加热率对于气溶胶散射能力变化更敏感。     

中国大陆地区行星反射率的基本特征

本文应用1982年8月－1983年7月逐日的NOAA辐射收支资料（分辨率为2．5°×2．5°），分析了中国大陆地区各种代表性地理区域（塔克拉玛干沙漠、青藏高原、华北平原和长江中下游）的行星反射率的基本特征、云天行星反射率的空间分布图。并利用1982年8月－1983年7月青藏高原的地面观测资料对那曲等4个站的地表反射率与睛天行星反射率进行了比较。     

黑河实验区的地表反射率与植被指数

本文利用1988年9月黑河地区地气相互作用观测实验研究预试验期NOAA-AVHRR资料讨论了从晴天行星反射率推算地表反射率的方法,分析了与水、热收支有密切关系的下垫面参数——地表反射率与植被指数的分布特征及它们之间的经验关系。