中国地区MODIS反照率两种反演结果的比较

以2002-2004年中国地区Terra MODIS数据开展对照反演试验,获得大范围具有相同时空代表性的反照率全反演结果和当量反演结果,统计分析MODIS反照率两种反演结果的差异,结果表明:在MODIS 1-7波段及可见光、近红外和短波波段,黑空反照率、白空反照率的当量反演结果与全反演结果的绝对偏差均小于0.05,且黑空反照率两种反演结果的绝对偏差明显小于白空反照率两种反演结果的绝对偏差;MODIS反照率两种反演结果在红外波段的绝对偏差大于其在可见光波段的绝对偏差;夏季MODIS反照率两种反演结果的绝对偏差最大,秋季则最小.     

基于MODIS的广东省气溶胶光学厚度时空分布特征分析

利用地面太阳光度计产品对MODIS C005气溶胶光学厚度产品进行区域精度验证,进而分析 2002—2013年间广东省气溶胶光学厚度的时空分布特征。结果表明:在年际变化上,2002—2004年间广东省AOD呈上升趋势,2004—2013年间整体呈缓慢下降趋势,2009年与2012年有两个上升小高峰,但不影响总体下降趋势;在月际变化上,广东省AOD最高值出现在3、4月,最低值出现在11、12月,5—10月变化平缓,在年均值附近上下摆动;在空间分布上,珠三角>粤东>粤西>粤北, 高值区主要分布在珠三角的广州、佛山、中山、东莞、深圳、珠海等地,最高值出现在广州佛山中山交汇处附近,向外有一个递减的趋势,低值区主要分布在粤东的汕尾潮州邻近地区。      

利用多通道MODIS遥感资料反演沙尘气溶胶尺度分布的个例试验

为了利用水面进行大气气溶胶粒子尺度分布的反演,需要水体光谱反射率资料;本文利用水库上空MODIS观测的表观反射率资料来订正出实际的水体光谱反射率。假设在干旱的春季水库水面反射率变化不大,用订正的水库水面光谱反射率平均值进行大气气溶胶尺度分布的反演。从两天个例研究来看,利用多通道MODIS资料可以反演出大气气溶胶粒子的尺度变化。结合天气分析2002年4月11日水库上空气溶胶光学厚度增加、粒子变粗,是由于上游区域的沙尘在高空强西北气流引导下到达本地区。     

利用MODIS卫星资料反演中国地区晴空地表短波反照率及其特征分析

利用MODIS地表双向反照率产品(MOD43B1),结合地表海拔高度和地表覆盖类型资料,计算并分析了中国地区晴空反照率的时空分布,以及地表反照率与地形和地表覆盖的关系.首先,利用改则自动气象站的地基观测对MODIS地表反照率进行了对比验证.验证结果表明卫星观测可以较好地反映反照率随时间的变化,MODIS地表反照率与地表实测反照率符合较好.年平均地表反照率与海拔高度有很好的相关,反照率的高值出现在高海拔山区.冬春季节,我国高海拔山区因积雪覆盖成为反照率的高值区;夏秋季节,地表反照率主要受地表土壤湿度和植被盖度的影响,沙地和沙漠地带反照率最高.最后,计算了中国典型地表类型的反照率随时间的变化,结果表明大部分地表类型的反照率具有较大的时间变化,地表反照率在春秋季节较大,夏季反照率较小.     

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。     

中国地区三种地表反照率产品比较

利用2007—2011年MODIS、GlobAlbedo和ERA-Interim的3种地表反照率产品,借助地理信息系统(Geographic Information System, GIS)空间化技术,对中国地区3种地表反照率产品进行了对比分析。结果表明：3种产品与气象站观测值的时间分布趋势一致,冬季高夏季低,且相关性较高。3种产品中,MODIS与GlobAlbedo的绝对差异值最小,ERA-Interim与MODIS、GlobAlbedo的绝对差异值较大。3种产品在青藏高原和西北山地区域表现出较大的差异,且差异表现为冬半年高,夏半年低。3种产品之间相关性最高的是MODIS与GlobAlbedo,最低的是MODIS与ERA-Interim, 3种产品在40°N以北具有较好的相关性。且在夏季和冬季地表反照率均值的表现说明,ERA-Interim相比MODIS、GlobAlbedo难以反映地表反照率受地形和土地覆被的影响。     

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。     

中国地区MODIS地表反照率反演结果的时空分布研究

应用2003—2015年MODIS地表反照率反演质量数据MCD43A2,统计分析中国地区MODIS地表反照率反演质量的时空分布特征,结果表明:1)中国地区MODIS地表反照率反演质量在空间分布上具有明显的差异,高质量全反演结果(质量标记0)主要分布在东北、华北、西北地区和西南地区的中西部;当量反演结果(质量标记3)主要分布在华东、华中、华南地区和西南地区的中东部;填充值(质量标记15)主要分布在华中、华南、华东地区及西南地区的部分区域。2)在东北、华北和西北地区,只有春、夏和秋季才有超过60%的区域可能获得高精度MODIS地表反照率;可能获得高精度M ODIS地表反照率的区域,在西南地区全年各时段都只有40%~60%,在华东、华中和华南地区全年各时段都不足20%。3)各地当量反演结果的比例一般不足50%,华东和华中地区夏季和秋季当量反演结果的比例超过40%;4)华中和华东地区夏季和冬季,以及华南地区春、夏和冬季,填充值的比例超过50%,华南和华中地区最高甚至超过80%。     

珠江三角洲城市地区MODIS气溶胶光学厚度产品的检验分析

根据2004年1—11月地面太阳光度计的气溶胶光学厚度的观测数据,对美国航空航天局(NASA)发布的中分辨率成像光谱仪气溶胶光学厚度产品(MODIS AOD C004)在珠江三角洲城市地区的准确性进行了检验,并分析了造成MODIS AOD误差的可能原因。分析结果表明:⑴MODIS AOD的误差在NASA的预期误差范围内,MODIS AOD可作为气候变化的研究和区域大气污染监测的有效手段。⑵与世界上其他地区的检验结果类似,MODIS AOD在珠江三角洲城市地区存在一定的系统性偏差:当AOD较小时,MODIS AOD值大多高估,而当AOD比较大时,MODIS AOD值偏低,这一系统性偏差大于全球平均偏差。其中广州和南海的偏差最为显著,东莞和番禺次之。⑶导致MODIS AOD在珠江三角洲城市地区出现较大系统性偏差的原因包括:珠江三角洲工业化和城市化的发展,使地表的植被覆盖率已大幅减少,MODIS AOD反演所采用的地表反照率估算值可能偏小;气溶胶模型中设定的单散射反照率值偏高,低估了珠江三角洲城市地区气溶胶的吸收性。     

利用MODIS卫星资料对中国中东部和印度次大陆气溶胶特性的分析

利用Terra和Aqua卫星上的MODIS探测反演气溶胶产品,比较分析了中国中东部和印度次大陆地区的气溶胶物理特性的异同。研究结果表明:中国中东部气溶胶类型以烟尘为主,印度次大陆地区东、西部分别以烟尘和沙尘为主。两地气溶胶光学厚度均有明显的年际变化,冬季低,夏季高。在夏季,两地烟尘所占比例都很大,且光学厚度也大,故两地污染状况都比较严重。总体来说,中国中东部地区污染程度要高于印度次大陆地区。     

中国3个典型城市气溶胶光学厚度地基观测及其MODIS气溶胶产品精度分析

利用中国太阳分光观测网的观测资料结合MODIS(中分辨率成像光谱仪)的气溶胶产品分析了北京、兰州、上海3个典型区域城市的气溶胶光学特性。结果表明:北京AOD(气溶胶光学厚度)年平均为0.41±0.35,春夏高,秋冬低,Angstrm波长指数α年平均为1.40±0.85表现为细模态粒子,MODIS的光学厚度为0.52±0.39与地面观测相关系数为0.91,存在系统性高估;兰州AOD年平均为0.55±0.21,夏季最低,秋冬较高,α年平均为0.95±0.20表现为粗模态粒子,MODIS光学厚度为0.43±0.21与地面观测相关系数仅为0.07,存在系统性低估;上海AOD年平均为0.55±0.21,无明显季节变化,α平均为1.03±0.25,MODIS光学厚度为0.74±0.30与地面观测相关系数为0.75,存在系统性高估。城市地理位置和复杂地表等原因造成反照率的不确定,MODIS气溶胶产品在这3个城市的反演效果仍有很大提升空间。     

中国海域MODIS气溶胶光学厚度检验分析

利用MODIS的Collection 005版本（MODIS—C005）数据的气溶胶光学厚度（AOT）产品,与我国海域多个AERONET观测站点太阳光度计测量得到的AOT结果进行了对比分析,对MODIS_C005数据的气溶胶产品在我国海域进行了验证,并对验证方法进行了探讨。结果表明,MODIS—C005的AOT在我国海域与AERONET站陆基观测到的AOT具有非常好的一致性,相关系数达到0．9以上。通过尝试不同的验证方法,发现验证数据的空间采样窗口大小的选择对于验证效果具有较大的影响,在中国海域可以使用30km×30km的空间采样窗口。通过MODIS—C005的AOT与AERONET站观测值在中国各个海区的比较,证明MODIS—C005的AOT在550nm满足美国NASA的设计要求,误差控制在±0．05±0．057τ,适用于我国海域,可以用于中国海域的气象和海洋等科学研究。     

利用MODIS卫星和激光雷达遥感资料研究香港地区的一次大气气溶胶污染

利用MODIS可见光通道气溶胶光学厚度的卫星遥感和523 nm波长微脉冲激光雷达 (MPL LIDAR) 对气溶胶消光系数垂直分布的观测，分析了珠江三角洲地区2003年6月一次气溶胶污染过程中气溶胶光学厚度的分布特征、气溶胶消光系数廓线的演变，认为这次污染过程是弱高压控制下的区域性污染，而香港地区污染物浓度的上升与区域性输送有直接关系，结果表明卫星和激光雷达的光学遥感方法提供了研究大气污染的可行手段。     

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.     

西北地区MODIS/NDVI与MODIS/EVI对比分析

为了了解西北地区MODIS/NDVI和MODS/EVI 2种植被指数的特点,利用2003年植被生长期TERRA/MODIS资料和西北地区植被类型数据,分析了西北地区MODIS/NDVI和MODIS/EVI空间分布特征和不同类型植被随时间变化特征,比较了大气订正对NDVI和EVI的影响。结果表明:NDVI和EVI空间分布格局一致,与降水空间分布形式比较一致。NDVI与EVI值的差异随着植被覆盖度的增加而增大。不同类型植被NDVI和EVI变化特征一致。大气对NDVI和EVI的影响较大,大气订正前许多地区NDVI值小于EVI值。大气订正使NDVI增大,EVI减小,大气订正后NDVI值普遍大于EVI值。通过对大气气溶胶粒子较多地区的NDVI和EVI值的对比分析,EVI具有较好的抗大气气溶胶的作用。     

拉萨市气溶胶光学厚度研究及MODIS产品检验

利用拉萨站及纳木错站地面观测数据分析了拉萨市气溶胶光学厚度(AOD)日变化、季节变化,并对MODIS产品的数据质量及适用性进行了初步检验。结果表明,拉萨市AOD在08～10时,17～20时存在明显波动,11～16时比较稳定。拉萨站与纳木错站AOD季节变化存在差异,拉萨站呈单峰型,峰值在春季,纳木错呈双峰型,主峰在春季,次峰出现在8月,季节变化极大值的出现可能与春季沙尘天气有关。拉萨站AOD整体高于纳木错站,Angstrom波长指数则相对较小,这可能与城市人类活动有关。MODIS气溶胶产品在拉萨不具适用性。      

Validation of MODIS C6 AOD Products Retrieved by the Dark Target Method in the Beijing–Tianjin–Hebei Urban Agglomeration,China

The quality of the MODIS C6 3-km and 10-km aerosol optical depth(AOD) products retrieved by the Dark Target(DT)method is discussed using ground-based observations in the Beijing–Tianjin–Hebei region from 1 August 2007 to 31 July2008. Good consistency exists between the 3-km and 10-km products and ground-based observations. The retrieval accuracy of the two products both show distinctive seasonality. The percentage falling within the expected error(EE) is largest in the winter, moderate in the spring and autumn, and smallest in the summer. A worse overestimation appears in the spring and summer(27%–66%). However, the 3-km and 10-km products over different surfaces still exhibit obvious deviations. The 10-km product performs better in the large cities, while the 3-km product has advantages in the suburbs. In urban areas, the percentage falling within EE of the 3-km AOD product(18%–59%) is lower than that for the 10-km AOD product(31%–69%). However, in suburban areas, the percentage falling within EE of the 3-km AOD product(61%–84%) is higher than for the 10 km AOD product(54%–83%).The percentages falling within EE differ considerably when the AOD is greater than1.5(73% and 63% for the 3-km and 10-km products, respectively). On the whole, the 3-km(10-km) AOD product performs better in suburban(urban) areas.     

利用MODIS气溶胶产品研究亚洲季风对气溶胶传输及其分布的影响

利用NASA Terra和Aqua卫星MODIS气溶胶卫星产品,统计了亚洲地区气溶胶光学厚度的空间和季节变化特点,发现东亚与南亚两气溶胶光学厚度高值区年际变化类似,季节变化有所不同。同时结合季风区气候条件,分析亚洲季风对气溶胶分布传输的影响,认为南亚气溶胶光学厚度大值区主要是由于南亚季风和高原地形综合作用形成,东亚地区主要是以当地人类活动产生的气溶胶为主,夏季会受到南亚地区气溶胶输送的影响。光学厚度大值区会随着强季风移动。