基于FY4A AGRI数据的气溶胶光学厚度反演研究

通过遥感技术反演气溶胶光学厚度,对于全面、动态监测大气污染时空变化具有科学价值和实践意义。基于我国新一代静止气象卫星FY4A获取的2018年4-10月AGRI蓝光波段数据,以京津冀地区为研究区,在交叉辐射定标基础上,利用深蓝算法开展气溶胶光学厚度反演研究,并将反演结果与相近时刻的MODIS气溶胶产品进行对比分析。结果表明:FY4AAGRI蓝光波段反演的气溶胶光学厚度与MODIS产品在空间分布上具有较好的一致性,且AGRI图像反演结果能够更好地反映气溶胶光学厚度的空间分布细节,其中AGRI传感器蓝光波段辐射定标精度、与MODIS成像时刻角度差异、地表反射率准确性等是影响AGRI气溶胶光学厚度反演精度的主要因素。     

基于MODIS高分辨率气溶胶反演的ETM+影像大气校正

针对陆地遥感影像,提出一种利用MODIS遥感数据反演高分辨率气溶胶光学厚度(AOD)进行大气效应校正的方法.采用地基和MODIS卫星遥感结合的方法确定气溶胶模型,通过暗目标法确定地表反射率,反演得到1 km高分辨率的气溶胶光学厚度分布.将反演的气溶胶与地面太阳光度计观测值进行对比验证发现,其相对误差小于10%,反演精度很高.将得到的气溶胶参数带入辐射传输模型中,对当天同地区的Landsat ETM+数据进行大气校正试验,结果表明,该方法反演得到的气溶胶参数可以对遥感图像进行有效的大气效应校正.与试验区同步观测地表反射率对比发现,经过大气校正后的ETM+光谱明显比校正前更接近真实地表光谱,从而更有助于地物真实光谱信息的提取及其识别研究.     

利用MODIS可见光波段反演陆地气溶胶光学厚度

利用Herold等建立的地表反射率库及MODIS遥感影像研究城市区和非城市区典型地物在可见光红蓝波段地表反射率的比值特性。在此基础上,利用MODIS 1km分辨率遥感影像红蓝可见光波段实现了气溶胶光学厚度的反演,采用卫星过境时间前后半小时北京和香河AERONET站的气溶胶光学厚度观测平均值作为验证参考。结果显示,66.67%的反演结果处于±0.05±0.15τ的误差界限内,反演算法不受地表反射率的限制,而且只利用了可见光红蓝波段,避免缺少近红外波段数据的限制。     

典型干旱区沙尘气溶胶光学厚度及粒度谱分布的初步分析

利用中国科学院沙坡头沙漠试验研究站2001年9月至2002年5月的太阳光度计辐射资料,计算了该地区各月平均大气气溶胶光学厚度（AOT）,并对该地区秋、冬、春三季平均的光学厚度进行了比较,同时对日变化也作了分析。此外,从反演的粒度谱分布也可以看出,春季该地区大气中的气溶胶粒子含量远大于冬、秋两季,并可以反映出春季大气层结的不稳定性,但反演方法的精度有限,还有待进一步提高。     

中国西北干旱半干旱区气溶胶分类及特征

基于2013—2015年CALIPSO星载激光雷达的Level 2数据集资料，对中国西北干旱半干旱区的气溶胶进行了分类研究，并对不同种类气溶胶在不同光学厚度下的年均发生频率做以分析。结果表明：沙尘气溶胶整体随气溶胶光学厚度值增大呈下降趋势；而污染沙尘型气溶胶在6类型气溶胶出现频率最高；大陆污染型气溶胶频率集中在[0.1，0.35]，随气溶胶光学厚度值的增大频率呈升高趋势；烟尘型气溶胶频率集中在[0.2，0.4]，在不同气溶胶光学厚度值情况下，频率较大陆污染型气溶胶高，随气溶胶光学厚度值的增大频率呈上升趋势；从四季来看，秋季和冬季当气溶胶光学厚度值大于0.1时，大陆污染型气溶胶频率明显高于沙尘气溶胶。春季，河西地区的气溶胶光学厚度高于其他三季，而在研究区域的南部和东南部，秋、冬季的气溶胶光学厚度值高于春、夏季。气溶胶光学厚度秋季 > 春季 > 夏季 > 冬季。     

粤港澳大湾区气溶胶对白天城市热岛强度的影响

以粤港澳大湾区为例,利用卫星遥感资料结合大气化学模式模拟,分析2003―2018年城市热岛强度、气溶胶光学厚度的变化规律,定性和定量研究气溶胶对白天城市热岛强度的影响。结果表明：2003―2018年粤港澳大湾区城市热岛强度呈波动上升趋势,夏季热岛强度最大,冬季热岛强度最小;气溶胶光学厚度呈波动下降趋势,春季气溶胶光学厚度最大,冬季气溶胶光学厚度最小。在年际和季节尺度,城市热岛强度与城区、郊区气溶胶光学厚度之差均呈弱的正相关。基于WRF-Chem的模拟实验表明,气溶胶的存在导致城区、郊区地表向下总辐射减少、地表温度降低,且城区地表向下总辐射减少多于郊区、降温幅度大于郊区,进而导致了热岛强度减弱。气溶胶对城市热岛强度的贡献率为?2.187%,冬季贡献率绝对值略高于夏季。     

东亚沙尘源区晴空和云上沙尘气溶胶特征

利用2006年6月至2012年12月的CALIPSO Level 2 VFM产品、5 km分辨率的Aerosol Profile、Cloud Layer产品以及MISR反演的产品,揭示了东亚地区不同高度层上沙尘的时空分布特征,重点对比分析了东亚沙尘源区晴空和云上沙尘的垂直分布特征、消光系数和光学厚度。结果表明：塔克拉玛干沙漠和戈壁沙漠是东亚沙尘的主要源区,沙尘出现频率具有显著的季节差异,春季最多,夏秋相当,冬季最少,无论在晴空还是有云条件下,前者出现频率大于后者。对于同一地区而言,云上沙尘出现的最大高度较晴空沙尘更高。塔克拉玛干沙漠云上沙尘消光系数高值区集中在2~4 km,而戈壁沙漠则集中在3~5 km,但是在云层之上晴空和云上沙尘消光系数差别不大。塔克拉玛干沙漠以沙尘气溶胶为主,约占总气溶胶光学厚度的77%,晴空和云上沙尘光学厚度平均值分别为0.22和0.15;戈壁沙尘气溶胶约占总气溶胶光学厚度的52%,晴空和云上沙尘光学厚度的平均值分别为0.09和0.06。     

沙尘天气下黑河流域大气长波辐射遥感估算

由于沙尘气溶胶散射和吸收机制的复杂性,目前还没有成熟的可应用于沙尘天气的大气长波辐射反演算法。通过对比分析常见的沙尘、城市、乡村、海洋气溶胶对大气长波辐射强迫和MODIS通道辐亮度影响的基础上,提出利用气溶胶光学参数对线性模型进行修正,构建了适用于沙尘气溶胶条件下的大气长波辐射估算模型,并利用黑河流域4个观测站点(花寨子荒漠站、混合林站、黑河遥感站和张掖湿地站)实测数据对模型的应用能力进行检验。结果表明：4个站点遥感反演的大气长波辐射均方误差为17.1～20.4 W·m^-2,偏差为-12.3～-1.8 W·m^-2。由于考虑了沙尘气溶胶的光学厚度变化和辐射强迫效应,修正后的模型可显著提高沙尘气溶胶影响下大气下行辐射的反演精度,减少长波辐射应用中的不确定性,对干旱区地表能量收支研究提供了重要参考。     

丝绸之路经济带气溶胶的人为成份比例

利用MERRA-2（The Modern-Era Retrospective Analysis for Research and Applications，version 2）再分析资料，分析了1980—2017年丝绸之路经济带沿线区域（30°—50°N、10°—110°E）硫酸盐、黑碳、有机碳、沙尘气溶胶的时空分布特征，然后将沙尘分为自然沙尘和人为沙尘，进而计算出自然气溶胶和人为气溶胶在不同季节的空间分布，定量给出了人为气溶胶的贡献。结果表明：在丝绸之路经济带沿线的东欧地区，经济发达、工业活跃，硫酸盐是最主要的气溶胶类型，占总气溶胶光学厚度的64%，总气溶胶光学厚度每年下降0.0035；在地表裸露、沙尘活跃的5个欠发达地区，沙尘是最主要的气溶胶类型，占总气溶胶光学厚度的46%~65%，其中巴基斯坦-印度地区总气溶胶光学厚度每年增加0.0059；人为气溶胶对总气溶胶的平均贡献为62%~65%；6个区域中北非地区人为气溶胶所占比例最小，为32.8%，东欧地区最大，为73.5%；随着人口密度的增加，人为气溶胶的光学厚度也在增加。人为气溶胶占总气溶胶的比例很高，而且与人口密度正相关。     

气溶胶光学厚度的分布特征及其与沙尘天气的关系

 利用MODIS卫星遥感光学厚度资料，分析了中国大气气溶胶光学厚度的时空分布特征，并与同期沙尘天气进行了对比和相关分析，结果表明：①中国主要内陆地区的气溶胶光学厚度(Aerosol Optical Thickness，简称AOT)分布有4个高值区：①分别位于南疆盆地和青海\,甘肃、内蒙古中西部地区、四川盆地和长江黄河下游地区。②春季北方特别是西北的AOT值明显高于南方，冬季南北AOT值差别不大。③南疆盆地和内蒙古中东部地区AOT值随季节变化明显，而四川盆地、长江黄河下游地区AOT值没有明显的季节变化。④南疆盆地、青海、内蒙古等地区沙尘天气过程与AOT值同步变化。⑤在沙尘天气的多发区，气溶胶光学厚度与沙尘天气有较好的相关性；沙尘天气的少发区，气溶胶光学厚度与沙尘天气基本不相关。因此可以推断，中国北方，特别是干旱荒漠区，大气气溶胶主要来自沙尘天气过程引起的地面沙尘释放。     

基于TM影象的快速大气校正方法

文章针对Landsat TM影象,设计出一种简单快速的大气校正方法。该方法主要是在DOS法的基础上 ,比较合理地分析暗体反射率值,并结合大气辐射传输模型,通过对大气程辐射的确定方法进行改进,给出一种基于TM影象自身信息的快速的、行之有效的大气辐射校正方法。此方法显著特点就是不需要依赖任何外部信息,直接从TM影象上读取所需信息,运算速度快,简单有效。     

HJ-1 A/B CCD的陆地大气校正——具有地理信息的地表反射率产品(英文)

This paper proposed a method to retrieve the land surface reflectance from the HJ-1A/B CCD data. The aerosol optical depth(AOD), the most important factor affecting the atmospheric correction of CCD images at all bands, is proposed to retrieve from the CCD imagery by the approach of dense dark vegetation(DDV) method. A look-up table in terms of the transmittances, the path radiances and the atmospheric spherical albedo as functions of the AOD was established for a variety of sun-sensor geometry and aerosol loadings. The atmospheric correction is then achieved with the look-up table and the MODIS surface reflectance output(MOD09) as the priori datasets. Based on the retrieved AOD and the look-up table of atmospheric correction coefficients, the land surface reflectance was retrieved for the HJ-1A/B data according to the atmospheric radiative transfer equation. Some in-situ measurement Data for Yanzhou of Shandong province in East China and MODIS land surface reflectance products MOD09 are used to preliminarily validate the proposed method. The results show that the proposed method can remove effectively the atmospheric contributions, and the overall accuracy of the retrieval land surface reflectance can be improved substantially.     

NPP-VIIRS热红外数据地表温度反演方法研究

地表温度作为监测陆地表面与大气变化的重要参数,对于研究地表能量平衡和全球气候变化具有重要作用。可见光红外成像辐射仪套件（Visible Infrared Imaging Radiometer Suite,VIIRS）是搭载在新一代对地观测卫星NPP上的一个重要传感器。与其他传感器相比,VIIRS拥有更高的空间分辨率。分裂窗算法是反演地表温度最常用的方法,主要是利用两个热红外通道来反演地表温度,经过多年的研究和改进,发展了多种形式的分裂窗算法。由于过去很少有人利用VIIRS数据对多种分裂窗算法进行对比分析,因此利用VIIRS传感器上M15和M16两个热红外通道数据计算辐亮度和星上亮温,采用多种形式的分裂窗算法反演获得多组地表温度数据,再利用海拉尔野外观测站点的实测数据对结果进行验证,对比各算法精度,得到反演精度较高的算法。结果显示PR84算法的反演误差最大达到1.8 K,其余各算法反演地表温度的RMSE都在1.5 K以内,算法中加入二次项和水汽项可以提高算法精度,其中BL95的算法精度最高达到了1.23 K。研究结果表明,BL95算法更适用于VIIRS热红外数据地表温度反演。     

Atmospheric correction of HJ-1 A/B CCD over land: Land surface reflectance calculation for geographical information product

This paper proposed a method to retrieve the land surface reflectance from the HJ-1A/B CCD data. The aerosol optical depth（AOD）, the most important factor affecting the atmospheric correction of CCD images at all bands, is proposed to retrieve from the CCD imagery by the approach of dense dark vegetation（DDV） method. A look-up table in terms of the transmittances, the path radiances and the atmospheric spherical albedo as functions of the AOD was established for a variety of sun-sensor geometry and aerosol loadings. The atmospheric correction is then achieved with the look-up table and the MODIS surface reflectance output（MOD09） as the priori datasets. Based on the retrieved AOD and the look-up table of atmospheric correction coefficients, the land surface reflectance was retrieved for the HJ-1A/B data according to the atmospheric radiative transfer equation. Some in-situ measurement Data for Yanzhou of Shandong province in East China and MODIS land surface reflectance products MOD09 are used to preliminarily validate the proposed method. The results show that the proposed method can remove effectively the atmospheric contributions, and the overall accuracy of the retrieval land surface reflectance can be improved substantially.     

遥感估算热惯量研究的回顾与展望

热惯量是影响地表温度变化的一个重要因子,随着热红外数据反演地表温度算法的不断完善,遥感技术已 成为估算热惯量的主要手段。本文回顾了近些年来遥感估算热惯量研究的进展,对其中3 种主要方法即地表温度 日较差法、日出日落温差法及模型反演法进行了评述,重点讨论了地表温度日较差估算热惯量方法,并提出从加强 机理研究、尺度转换及采用多时相多光谱数据等方面进一步完善遥感估算热惯量方法、提高其估算精度的设想。     

基于高光谱遥感的新疆北疆地区土壤砂粒含量反演研究

 土壤砂粒含量是表征土壤质量的重要指标,探索建立基于高光谱遥感的区域土壤砂粒含量反演方法对区域土壤质量监测具有重要意义。通过野外采集的高光谱数据与MODIS影像相结合,遴选出土壤砂粒含量的敏感波段与反演方程,进行干旱区裸地土壤砂粒含量遥感反演研究。结果表明：430 nm为土壤砂粒含量的敏感波段,原始光谱经变换后的数值与土壤砂粒含量的相关系数在430 nm处达到最大值0.76;基于MODIS第3波段中心波长460 nm处的土壤原始光谱的反演精度最高,达到89.30%,与实际情况吻合较好,表明MODIS第3波段可以应用于干旱区裸地土壤砂粒含量的遥感反演。     

黄河源区遥感数据的大气校正及其效果分析

利用6S模型结合暗目标法确定TM过境时的最优气象能见度,分别使用MODIS气溶胶产品(MOD04)、最优气象能见度作为TM的气溶胶光学厚度,对黄河源区的Landsat TM数据进行大气校正。以同步野外实测地面数据为标准,比较了两种气溶胶参数输入方法的校正结果,并从光谱曲线、植被指数、草地生物量的估算三方面探讨了大气校正的效果,两种气溶胶参数输入方法均可以对遥感图像进行有效的大气校正,消除因散射增加的辐射能量,同时补偿因吸收而损失的辐射能量。经过大气校正后的TM光谱更接近真实地表光谱,更有助于地物真实光谱信息的提取,同时对与该地区相似气候条件下影像的大气校正有借鉴意义。     

利用Landsat/TM影像监测北京地区气溶胶的空间分布

该文利用北京地区两景高分辨率Landsat5／TM卫星遥感影像第一波段(0．45-0．52μm)数据，采用表观反射率标准方差之比法对北京地区的气溶胶空间分布进行半定量描述，计算同一日大气能见度空间分布。气溶胶空间分布的总体特征为：北京西部、北部、东北部气溶胶光学厚度明显低于西南部、南部、东南部，从西北部山区向东南部平原气溶胶分布一般呈递增趋势，高值集中在市区中心，大值覆盖区域偏向城区东南；对应的当日大气能见度空间分布则相反。分析造成大气污染的原因，并对该方法的局限性以及需要改进之处进行讨论。     

一次强沙尘暴过程中沙尘气溶胶空间分布的初步分析

利用地面观测资料分析了2008年5月25日至29日沙尘天气的发生、发展情况,利用Cloud-Aerosol Lidar and Infrared Pathfinder Satellite Observations（CALIPSO）资料分析了沙尘气溶胶在传输过程中的垂直分布状况,结合HYSPLIT模式,对此次沙尘天气过程中沙尘气溶胶的传输路径做了分析。结果表明,此次沙尘天气过程是由蒙古气旋造成的,沙尘由低空急流向远方输送;地面沙尘天气主要发生在气旋和反气旋之间强烈的北风或西北风气流中;在此次沙尘天气过程中,沙尘气溶胶的退偏振比在0.10~0.38之间,沙尘主要分布在海拔2 km到4 km之间,最高可达到5 km。