近年来华东地区大气气溶胶的时空特征

利用2000年2月—2008年12月的AERONET（AErosol RObotic NETwork）地基观测数据对MODIS/TERRA Collection 005气溶胶光学厚度（aerosol optical thickness;AOT）在华东区域的适用性进行了验证,并利用验证后的MODIS气溶胶产品对华东区域气溶胶光学厚度和尺度分布特征进行了分析。结果表明,（1）通过验证比较,MODIS的AOT在华东区域与AERONET站陆基观测到的AOT具有非常好的一致性,满足美国NASA的设计要求。（2）华东区域的气溶胶光学厚度存在明显的时空分布特征。时间上,在春季和夏季达到最大,而在秋季和冬季最小,表现出明显的季节变化规律。空间上,气溶胶光学厚度受地形影响明显。其高值区主要分布在平原地区,而低值区主要在海拔较高的山区。（3）该区域的气溶胶尺度分布也存在显著的变化特征。在冬、春由于沙尘输送的影响,整个华东区域气溶胶粒子的尺度都比较大,主要以自然生成的沙尘粒子为主。而在夏、秋季由于夏季风和降水的影响,气溶胶粒子的尺度都比较小,以工业排放的人为气溶胶粒子为主。     

中国中东部MODIS与MISR气溶胶光学厚度的对比

Terra/MODIS前一版本C4和最新版本C5的气溶胶光学厚度(AOT Aerosol OpticalThickness)数据,以及搭载于同一卫星上的Terra/MISR气溶胶光学厚度数据,在中国中东部地区存在差异。本文利用AERONET气溶胶光学厚度数据对以上三种资料验证的结果表明:MODIS气溶胶算法改进之后得到的C5 AOT数据较C4精度确有很大提高,且优于MISR的AOT数据。     

中国地区两种MODIS气溶胶产品的比较分析

对比分析了2003-2009年中国及其周边地区中分辨率成像光谱仪(MODIS)C004和C005的气溶胶光学厚度(AOD)产品特征,并将MODIS的气溶胶产品与AERONET观测站资料做了对比分析。结果表明：(1)中国及其周边地区AOD平均值为0.34±0.32,具有显著的空间变化;C005反演算法得到的AOD产品对C...     

中国区域MODIS陆上气溶胶光学厚度产品检验

以我国MODIS共享网站积累的MODIS L1B数据和美国威斯康辛大学提供的IMAPP软件包气溶胶产品软件为基础, 经过产品运行本地化改进处理, 在国家卫星气象中心建立了气溶胶产品业务化生成和发布机制。为支持气溶胶遥感产品算法改进以及潜在用户对产品的合理应用, 给出对国家卫星气象中心运行的MODIS气溶胶遥感产品质量检验分析结果。利用2005年1月— 2007年5月AERONET地基气溶胶监测网的L2.0级气溶胶光学厚度产品作为真值, 用它匹配MODIS陆上气溶胶光学厚度产品开展检验。检验结果表明:以卫星过境前后30min地基观测时间平均值匹配地基站点位置10 km半径范围内的卫星反演结果空间平均值开展检验, 总体样本的气溶胶光学厚度均方根误差约为0.25;满足产品误差要求 (±0.05±0.20τ) 的样本占总样本数的44%; 气溶胶光学厚度反演结果精度具有季节和地域差异, 干季(秋、冬、春)的气溶胶光学厚度误差较小, 而雨季气溶胶光学厚度误差较大, 云是雨季气溶胶光学厚度反演结果误差较大的主要影响因素。     

MODIS遥感中国近海气溶胶光学厚度的检验分析

基于中分辨率成像光谱仪(TERRA/MODIS)的一级数据和相应的辅助数据,利用MODIS/ARIS预处理软件包(IMAPP)中的气溶胶软件反演得到中国近海气溶胶的光学厚度,与AERONET太阳光度计的反演结果作对比分析,验证了此反演方法的可行性.研究了2002年10-11月中国近海气溶胶光学厚度和Angstrom指数(表征粒子谱宽度)的变化特征,进一步结合气块后向轨迹分析和地理环境背景场信息讨论了卫星反演气溶胶光学参量的适用范围和误差来源,结果表明:IMAPP反演得到的气溶胶光学厚度,在东海和日本以南等广阔海域与气溶胶地基观测网(AERONET)的观测结果基本一致;在渤海和黄海近海岸一带反演值偏高,其主要原因是该海域存在二类水体的影响.     

一种反演气溶胶光学厚度的改进方法

该文提出了一种简单快速反演气溶胶光学厚度的方法,该算法对地表反照率的处理与MODIS V5.2算法相同,但气溶胶谱分布假定为Junge谱,设置了新的气溶胶参数。应用2006年9月6日—2008年6月10日太湖MODIS观测资料和2008年5月20日—2009年7月6日香河MODIS观测资料进行反演,并将反演结果与AERONET (AErosol RObotic NETwork) 站点资料进行对比,以检验算法的适用性和精度。对比结果显示:该算法在太湖的反演结果与AERONET太湖站反演结果对比的标准偏差为0.429,而MODIS卫星AOD产品与AERONET太湖站反演结果对比的标准偏差为0.693;相应在香河的两种反演结果与地面观测对比的标准偏差分别为0.493和0.542。该算法的反演误差小于MODIS现行算法,反演结果合理,具有较好的适用性,说明这种方法在这两个区域具有更高的反演精度。     

FY-3A/MERSI、MODIS C5.1和C6气溶胶光学厚度产品在中国区域与地面观测站点的对比分析

准确获取气溶胶光学厚度对于气候变化研究和大气环境监测具有重要意义。通过波长插值和时空匹配方法,利用气溶胶自动观测站网（AERONET）观测的气溶胶光学厚度（AOD）对风云3A/中分辨率光谱成像仪（FY-3A/MERSI）、Terra（Aqua）/MODIS的C5.1（Collections 5.1）和C6（Collections 6）气溶胶光学厚度产品在中国区域的反演精度进行验证分析。结合一次发生在中国境内的沙尘天气与一次严重雾霾天气个例,分析上述卫星气溶胶光学厚度的分布特征。研究结果表明,（1）FY-3A/MERSI AOD的反演精度较高（R=0.887,RMSE=0.234）,其值低于AERONET的观测值（Bias=-0.293）。（2）在不同的下垫面下,各种卫星暗像元算法AOD产品反演精度有差异,植被覆盖情况越好,反演精度越高,而植被很少的地区,即亮地表甚至没有反演值。（3）MODIS C5.1深蓝算法产品能在亮地表地区反演AOD,但效果不佳。MODIS C6中的深蓝算法产品在不同下垫面的反演精度都很高（RMSE为0.096-0.127）。（4）在不同季节的对比中,各种卫星AOD产品在夏季的反演精度最差,而反演最好的季节各有不同。（5）在一次沙尘天气污染与一次严重雾霾天气个例中,中国西部与北部区域,MODIS C6深蓝算法AOD的监测效果优于其他算法AOD;MERSI AOD产品在此区域的分布不连续。总体而言,MODIS C6 AOD分布比MODIS C5.1产品连续,MODIS 3 km产品在相同区域的AOD值高于其他产品。以上结论可为卫星AOD产品在中国区域的使用提供参考。      

中国地区MODIS气溶胶产品的验证及反演误差分析

利用中国地区AERONET(AErosol RObotic NETwork)地基观测资料对Terra/Aqua MODIS(Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer)气溶胶产品精度进行验证,提供资料可靠性分析,并分析了各地区MODIS反演气溶胶光学厚度(Aerosol Optical Depth,AOD)的误差来源,为进一步改进算法提供依据。结果表明:(1)香河、兴隆、榆林、寿县、合肥、香港和台湾等站点MODIS AOD的质量较好。对大多数站点,Terra和Aqua MODIS AOD质量差别不大,除个别站点Terra略优于Aqua。(2)选取香河、太湖、SACOL、北京、兴隆和台湾成功大学站进行详细分析。香河站Terra和Aqua MODIS AOD质量均较好,相关系数分别为0.96和0.97,且落在期望误差内的百分数分别为72%和65%。太湖和北京站MODIS AOD存在统一高估现象,可以通过拟合直线的截距对其进行汀正,得到较接近真实值的AOD。SACOL,Terra和AquaMODISAOD与AERONETAOD的相关系数分别为0.66和0 77,且存在一定的高估。同时验证SACOL MODIS Deep Blue AOD,总体上其精度低于MODIS C005 AOD。兴隆和成功大学站反演误差均小于期望误差,数据质量较好。(3)误差分析表明香河和SACOL站的MODIS反演误差主要来自地表反射率关系的不合适;太湖和北京站的反演误差可能是由于地表和气溶胶模型两方面的共同作用导致的。个别站点随着云量增大,MODIS反演结果对AOD的高估也越大。     

青藏高原中部气溶胶光学厚度地基观测分析及MODIS气溶胶产品的检验

利用全球自动观测网（AERONET）纳木错观测点（90．962°E,30．773°N）2009年1～12月的地基观测数据,对青藏高原中部气溶胶光学厚度的分布进行了分析研究,并利用观测结果对MODIS气溶胶光学厚度（AOD）产品进行检验。结果表明,2009年1～12月期间,气溶胶光学厚度月平均值呈现双峰双谷状分布,3月的值最大。9月以后的波长指数a较小,这一时期气溶胶粒子的粒径较大。混浊系数卢的平均值为0．063,说明该地区的空气较为清洁。利用该地基观测资料对MODISAOD产品进行检验,结果表明两者的相关系数平方为0．14,没有通过95％的置信度检验,适用性不显著,需要进一步订正该地区的MODIS气溶胶光学厚度产品。     

西北地区MODIS气溶胶产品的对比应用分析

利用气溶胶自动监测网（AERONET）的太阳光度计（CE-318）资料,对2003-2010年西北干旱半干旱区MODIS暗像元算法和深蓝算法2种气溶胶光学厚度（AOD）产品进行对比验证,在此基础上进一步研究了该区域AOD的空间分布特征及变化趋势。结果表明,MODIS暗像元算法AOD产品在半干旱区原生植被覆盖地表精度优于深蓝算法,而西北干旱区荒漠地表深蓝算法产品精度较高。Aqua—MODIS深蓝算法AOD产品能够较好地给出我国西北荒漠亮地表地区AOD的分布及季节变化情况,AOD高值区多分布在沙尘源区,且春季AOD最大。2003～2010年,塔里木盆地、准噶尔盆地和柴达木盆地年均AOD分别在0．5、0．4和0．3附近波动;沙尘区各区域年均AOD大多呈现增加趋势。其中,塔里木盆地AOD增加趋势较大,而内蒙古西部和准噶尔盆地呈现微弱减少趋势。     

Can MODIS Detect Trends in Aerosol Optical Depth over Land?

The Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer(MODIS) sensor onboard NASA's Aqua satellite has been collecting valuable data about the Earth system for more than 14 years, and one of the benefits of this is that it has made it possible to detect the long-term variation in aerosol loading across the globe. However, the long-term aerosol optical depth(AOD)trends derived from MODIS need careful validation and assessment, especially over land. Using AOD products with at least 70 months' worth of measurements collected during 2002–15 at 53 Aerosol Robotic Network(AERONET) sites over land,Mann–Kendall(MK) trends in AOD were derived and taken as the ground truth data for evaluating the corresponding results from MODIS onboard Aqua. The results showed that the AERONET AOD trends over all sites in Europe and North America, as well as most sites in Africa and Asia, can be reproduced by MODIS/Aqua. However, disagreement in AOD trends between MODIS and AERONET was found at a few sites in Australia and South America. The AOD trends calculated from AERONET instantaneous data at the MODIS overpass times were consistent with those from AERONET daily data, which suggests that the AOD trends derived from satellite measurements of 1–2 overpasses may be representative of those from daily measurements.     

Aerosol optical thickness retrieval over non-Lambertian land surface with synergistic use of AATSR radiance measurements and MODIS derived Albedo Model Parameters

Various algorithms have recently been developed in order to retrieve the aerosol optical thickness (AOT) at continental scales. However, they are, to some extent, subject to large uncertainties resulting from some necessary physical assumptions on land surface anisotropy and level of brightness. In fact, disentangling aerosol and surface signals contained in the top of atmosphere (TOA) radiance received at the satellite level are a matter of difficulty because a single sensor itself cannot gather all required spatial, temporal, spectral and angular information. In particular, each instrument yields limited scanning configuration due to its platform's orbital characteristics. In this regard, a synergetic approach is presented which merges Advanced Along-Track Scanning Radiometer (AATSR) TOA radiances and the MODerate resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) Bi-directional Reflectance Distribution Function (BRDF)/Albedo Model Parameters Product for the retrieval of AOT at 0.55, 0.66, and 0.87 µm wavelengths over non-Lambertian land surface at a 5 km spatial resolution. In this approach, BRDF products serve to assess the surface reflectance in the AATSR geometry as a boundary layer. The peculiarity of the approach is that no specific assumption is required about the spectral characteristics of land surface, thus allowing for a quantitative retrieval of aerosol particles over any arbitrary land unit in virtue of combining forward and nadir AATSR observations. We obtain on average differences within 0.1τ compared to in situ AErosol RObotic NETwork (AERONET) measurements and 36 retrievals corresponding to 27 January, 12 February, 16 March, 28 May, 26 June, and 21 July 2006, respectively, over the city of Beijing in China. Pearson's correlation coefficient is 0.94 and 0.96 for nadir and forward AATSR, respectively. These suggest that AOT retrieval over land is indeed feasible by taking benefit of the validated MODIS BRDF. Besides, the first results indicate that the AATSR retrievals might be used to evaluate the spectral behaviour of the AOT.     

利用AVHRR数据反演陆地气溶胶光学厚度

开发AVHRR可见光通道反演陆地气溶胶光学厚度 (AOD) 的算法对于研究长时间序列AOD的变化有重要意义。AVHRR由于缺少2.1 μm通道而不能采用MODIS的暗背景算法,该文利用背景合成算法进行陆地AOD反演。背景合成算法是指假设一段时间内地表反射率变化不大且会出现相对清洁大气, 采用最小值合成即可得到地表反射率,再通过辐射传输模式6S制作的查算表查算得到AOD的反演结果。将此算法应用到2009年AVHRR中国部分陆地区域 (15°~45°N,75°~135°E) 得到AOD的时空分布,将反演结果与同期Aqua/MODIS的MOD04 AOD产品进行对比分析表明,华北和华东地区的反演效果较好,西北地区结果较差。以长江三角洲地区为例可知,AVHRR AOD产品与MODIS AOD产品以及AERONET观测的AOD相比相关系数基本在0.6以上,从时间变化规律来看,AVHRR AOD和MODIS AOD产品年变化趋势具有很好的一致性。该文为建立长时间序列AVHRR AOD数据集提供了一个较为可行的方法。     

EOS/MODIS卫星对渤海海冰的观测研究

本文对MODIS数据进行了处理和分析,探讨了利用MODIS数据提取渤海海冰信息的方法,得到三个不同时相的海冰分布情况。研究结果表明,利用MODIS提取的海冰纹理很清楚,可以很好的刻画出海冰的外缘线及冰块之间的缝隙。因此,利用MODIS准确监测海冰的分布及其面积变化是十分可行的。     

京津冀地区气溶胶时空分布及与城市化关系的研究

利用AERONET（AErosol RObotic NETwork）数据对2008~2012年Terra MODIS（MOderate-resolutionImaging Spectroradiometer）C006 3 km卫星遥感气溶胶产品在京津冀地区的适用性进行了验证,分析京津冀地区3km分辨率气溶胶光学厚度（AOD）的时空分布和变化特征。利用DMSP（Defense Meteorological Satellite System）/OLS（Operational Linescan System）夜间灯光数据作为城市化评价手段,对京津冀地区城市化与AOD时空分布之间的关系进行了研究。结果表明:（1）MODIS 3 km气溶胶产品遥感反演数据和同期AERONET监测数据在研究区具有很好的一致性,相关系数达0.91,满足期望要求;（2）时间上,2008~2012年研究区年平均AOD值在0.361~0.453之间变化,年际间变化浮动大,总体呈下降趋势;AOD春季呈明显下降趋势,夏季总体呈微弱上升趋势,秋季和冬季呈明显上升趋势;（3）空间上,2008~2012年北京、天津和河北中南部的AOD值较高,河北北边AOD值较低;四季AOD空间分布呈现较强烈季节变化,夏季最高,冬季最低;（4）夜间灯光数据和AOD时空分布不仅在空间分布上呈现较好的一致性,且2008~2012年二者的地理权重回归（GWR）模型拟合度R2达0.8左右。研究区内AOD与夜间灯光数据二者相关性显著,城市化发展水平和人类活动对气溶胶的分布有着明显的影响。     

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。