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。     

利用MODIS资料反演兰州地区气溶胶光学厚度

借助6S模式对MODIS的蓝光(0.46μm)、红光(0.66μm)和中红外(2.1μm)通道进行了行星反照率对地表反射率和气溶胶光学厚度的敏感性试验, 并对蓝光和红光通道的路径辐射对行星反照率的贡献做了数值试验; 计算了MODIS的蓝光、红光和中红外通道在兰州市及其周围地区的地表反射率, 检验了Kaufman给出的三个通道地表反射率之间的关系。检验结果表明, 在兰州周围地区蓝光通道与中红外通道地表反射率之间的关系与Kaufman给出的关系比较符合, 对于兰州周围大范围区域都是适用的。利用此关系通过6S模式进一步反演了兰州城市及其附近地区 1×104 km2 范围内的气溶胶光学厚度, 反演结果较为合理。     

利用MODIS卫星资料对比反演兰州地区气溶胶光学厚度

Kaufman的暗像元方法是目前利用MODIS卫星资料反演气溶胶光学厚度的方法之一,但在获取可见光通道地表反射率时存在局限性。我们用一种对比方法进行了反演试验,研究了反演粒径较大的气溶胶光学厚度的可行性。用6S辐射传输模式模拟了两天的表观反射率差异对气溶胶光学厚度的敏感性;利用两天(“清洁日”和“污染日”)MODIS的红、蓝和近红外通道表观反射率资料,通过查算表反演了水面上空的气溶胶光学厚度和几何平均质量粒径;在此基础上反演了兰州地区气溶胶光学厚度的分布情况。反演结果与地面光度计观测作了比较,两者比较接近,说明反演方法是可行的。     

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。      

单星多角度法同时反演气溶胶光学厚度和地表反射率

尝试以单星多角度卫星观测数据同时反演晴空陆地的气溶胶光学厚度和地表反射率,并选取2009年5月的MODIS(Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer)1B资料进行了反演试验.结果表明:单星多角度法反演得到的气溶胶光学厚度结果与MODIS气溶胶产品(MOD04)平均值的相关系数为0.7914;反演的地表反射率结果与MODIS地表反射率产品(MOD09)也具有较好的一致性.对直接利用单星多角度观测数据反演获得一段时间内平均的气溶胶光学厚度进行了有益的尝试.     

利用MODIS资料反演北京及其周边地区气溶胶光学厚度的方法研究

基于 6S辐射传输模式 ,文中同时采用暗像元法和结构函数法建立了利用EOS Terra/MODIS 0 .6 6和 0 .4 7μm通道数据反演陆地气溶胶光学厚度的遥感模型 ,用于获取北京及其周边地区的气溶胶光学厚度。同时 ,利用与卫星观测同步的地基太阳光度计观测资料估计的气溶胶光学厚度数据验证卫星资料反演结果。研究结果给出了如何选择算法、卫星通道数据和气溶胶模型的最佳组合获取理想气溶胶光学厚度的方法。采用 4种气溶胶模型供反演计算选择。在研究中发现 ,暗像元法不适用于城市地区气溶胶光学厚度反演 ,这不仅与亮地表条件的限制有关 ,而且具有强吸收特性的城市气溶胶也是重要影响因素。两种算法由相同气溶胶模型假定误差造成的气溶胶光学厚度反演误差方向 (增加或减小 )相反。反演试验获取的气溶胶光学厚度分布指出 ,石家庄—北京—天津一线易出现气溶胶光学厚度高值带。     

利用MODIS资料遥感香港地区高分辨率气溶胶光学厚度

在美国国家航空和宇航局(NASA)利用中分辨率成像光谱仪(MODIS)遥感大气气溶胶业务算法的基础上, 提出了一个1 km高分辨率气溶胶光学厚度反演方法, 并应用于香港地区的反演. 与地面太阳光度计的长期对比相对偏差大约为20%以内, 显示这一方法在香港地区的试用具有较高的精度.将该产品应用于空气污染个例, 并与香港地区14个站的地面污染物PM10(直径在10 μm以下的气溶胶颗粒物)质量浓度的变化进行了比较, 结果显示气溶胶光学厚度产品可以用来描绘城市尺度的气溶胶污染分布, 提供了更好地研究大气环境污染的新信息.     

北京晴天紫外波段气溶胶光学厚度反演与分析

利用太阳一大气紫外光谱辐射计(SAUVS)，测量到达北京地表的太阳直接和散射紫外光谱辐射，给出反演大气气溶胶光学厚度的一种方法。结果表明：在紫外波段，大气气溶胶的光学厚度随波长的增加而单调减小，用指数函数可以很好地拟合反演结果。统计得到了3个水平能见度状况下拟合函数的系数值，与全球气溶胶监测网络(AERONET)北京站的资料对比，表明反演结果基本合理。     

利用MODIS C6产品分析广东省气溶胶光学厚度时空特征

本文采用地面太阳光度计实测数据对MODIS C6AOD(气溶胶光学厚度)产品进行精度检验,结果表明:该产品与地面太阳光度计实测数据的相关系数为0.85,标准偏差为0.28,平均相对偏差为0.27,数据精度满足需求。利用该产品分析了广东省气溶胶光学厚度的时空分布特征,得出以下规律:(1)空间分布:珠三角粤东粤西粤北,其中,珠江三角洲西部的佛山市、东莞市、中山市是全省AOD的高值区;(2)季节变化:春季为AOD高值期,夏季、秋季次之,冬季最低;(3)年际变化:2003—2016年,广东省年均AOD呈现波动式下降趋势,2012年为高值年份,年均AOD值为0.611,2007年为次高值年份,年均AOD值为0.603,2016年为低值年份,年均AOD值为0.382,2015年为次低值年份,年均AOD值为0.440。     

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。     

联合反演大气气溶胶光学特性和地面反照率

利用一种直接由天空亮度的相对分布反演气溶胶光学特性的方法。数值试验表明天空亮度相对分布的变化对地面反照率并不敏感,这样通过地基多个方向天空亮度的测量,并与模式计算结果相比较,定出大气气溶胶的光学厚度和相函数。在得到大气气溶胶的相函数和光学厚度的基础上,用GMS-5气象卫星可见光通道的资料求出了北京地区可见光波段的地面反照率。     

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。     

1999-2003年我国气溶胶光学厚度的变化特征

利用我国70站1999-2003年1月、4月、7月、10月月平均水汽压和能见度资料,反演得到各站大气气溶胶光学厚度（AOD,aerosol optical depth）,分析了气溶胶光学厚度的变化特征。结果表明：中国多年平均大气气溶胶光学厚度的分布是以四川盆地为中心向四周减少,长江中下游和广东沿海为两个次大值中心,而东北和西北大部分地区以及云南等地AOD较小;各季节AOD的空间分布都有所不同;近5aAOD有弱增加趋势;月平均气溶胶光学厚度与能见度有较好的负相关关系。     

Study on Probability Distributions of Multi-Timescale Aerosol Optical Depth Using AERONET Data

The probability distribution analysis is per-formed for multi-timescale aerosol optical depth (AOD) using AErosol RObotic NETwork (AERONET) level 2.0 data.The maximum likelihood estimation is employed to determine the best-fit probability density function (PDF),and the statement that the fitting Weibull distribution will be light-tailed is proved true for these AOD samples.The best-fit PDF results for multi-site data show that the PDF of AOD samples with longer timescale in most sites tends to be stably represented by lognormal distribution,while Weibull distribution is a better fit for AOD samples with short timescales.The reason for this difference is ana-lyzed through tail characteristics of the two distributions,and an indicator for the selection between Weibull and lognormal distributions is suggested and validated.The result of this research is helpful for determining the most accurate AOD statistics for a given site and a given time-scale and for validating the retrieved AOD through its PDF.     

Terra和Aqua MODIS气溶胶光学厚度产品在中国热带沿海地区的适用性评估

This study compares the aerosol optical depth (AOD) Level 2 Collection 5 products from the Terra and Aqua Moderate Resolution Imaging Spectroradiometers (MODIS) with ground-based measurements from a Microtops II sun photometer over Sanya (18.23°N, 109.52°E), a tropical coastal site in China, from July 2005 to June 2006. The results indicate that the Terra and Aqua MODIS AOD retrievals at 550 nm have good correlations with the measurements from the Microtops II sun photometer. The correlation coefficients for the linear regression fits (R²) are 0.83 for Terra and 0.78 for Aqua, and the regressed intercepts are near zero (0.005 for Terra, 0.009 for Aqua). However, the Terra and Aqua MODIS are found to consistently underestimate AOD with respect to the Microtops II sun photometer, with slope values of 0.805 (Terra) and 0.767 (Aqua). The comparison of the monthly mean AOD indicates that for each month, the Terra and Aqua MODIS retrievals are matched with corresponding Microtops measurements but are systematically less than those of the Microtops. This validation study indicates that the Terra and Aqua MODIS AOD retrievals can adequately characterize the AOD distributions over the tropical coastal region of China, but further efforts to eliminate systematic errors are needed.     

近10年中国16个台站大气气溶胶光学厚度的变化特征分析

应用宽带消光法从1993～2002年中国16个辐射观测站小时累积太阳直接辐射资料,反演了逐时气溶胶光学厚度值,并统计日、月、年的平均值,用作气溶胶光学厚度变化特征分析.结果表明,16个辐射站总的年平均气溶胶光学厚度在0.32～0.36之间变化,沈阳和郑州两站的气溶胶光学厚度有明显增加的趋势,而哈尔滨、兰州、广州、北京等站气溶胶光学厚度则有明显减弱的趋势.就季节变化而言,一般气溶胶光学厚度最大值出现在春季.月平均气溶胶光学厚度与月平均能见度有较好的负相关关系.     

小洋山岛大气气溶胶光学厚度的特征分析

小洋山岛位于上海东南面距海岸线约30km处,四面环海,研究其上空的大气气溶胶光学特性对了解我国东部沿海地区及其近海海域的环境和气候影响等都具有重要的意义。对于近岸海岛的气溶胶光学厚度(AOD)观测,至今国内尚未见这方面的实测资料与分析。本次实验利用2006～2007年连续观测得到的AOD值,分析了AOD的季节变化及其与地面风向、湿度和能见度等气象要素的关系,并给出了气溶胶消光谱。分析发现:小洋山地区AOD具有春季最大,冬季次之,秋季较小的特点,而且在低能见度情况下,气溶胶以大粒子为主;盛行西风时,AOD值增大且大粒子比重增加;AOD与湿度有较好的正相关关系。     

北京地区气溶胶光学厚度中长期变化特征

利用1977～1985年北京地区太阳直接辐射谱资料，分析获得了气溶胶光学厚度谱特性，使用PIS光谱仪从1993年3月到1995年3月，持续观测了北京地区晴天和少云天气的太阳直射光谱。得到了至今较为长期系统的城市大气气溶胶光学性能及特征。研究表明:（1）气溶胶光学厚度有春夏季大，秋冬季小的统计规律；（2）能见度分级后，同一能见度下气溶胶光学厚度各季节之间的差别大为减小，地面能见度对整层光学厚度表现出了较强的约束作用，文中给出了统计关系；（3）气溶胶光学厚度有逐年增高的趋势，1977年至1994年间增长了约三分之二。     

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。