MODIS和GOCI卫星遥感反射率产品在浑浊海区交叉检验分析

对Geostationary Ocean Color Imager(GOCI)和Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer(MODIS)传感器在中国渤海辽东湾海区的卫星大气校正算法开展评估工作。主要对比了GOCI和MODIS的412 nm,443 nm,488 nm,547 nm,678 nm波段的遥感反射率(Remote Sensing Reflectance:Rrs)。结果表明:GOCI的去云算法较严格,在卫星有效数据覆盖率方面差于MODIS;遥感反射率产品比对结果表明:GOCI和MODIS的遥感反射率产品有较好的线性相关,且GOCI反演值大于MODIS反演值;分区域的对比结果表明,MODIS和GOCI的遥感反射率差异随着水体的浑浊度增加而增大,GOCI需要开发适用于近岸水体的大气校正算法。     

台湾海峡及周边海区MODIS气溶胶光学厚度有效性验证

大气气溶胶通常是指悬浮在大气中直径小于10μm的液态或固态的微小粒子.对流层气溶胶是陆地-大气-海洋系统的重要组成部分.它通过直接或间接辐射强迫强烈地影响着地-气系统的辐射收支平衡,进而影响全球环境和气候,是气候变化研究的一个重要因子.气溶胶光学厚度是气溶胶最重要的参数之一,是表征大气浑浊度的重要物理量,也是确定气溶胶气候效应的一个关键因子和大气模型的一个重要参量[1].探测气溶胶光学厚度可以采用陆基探测方法,如太阳辐射计、天空辐射计、日射强度计等,也可以采用卫星遥感观测的方法.     

MODIS辅助的北京一号卫星影像近海Ⅱ类水体大气校正

利用空间分辨率为500 m的MODIS 1B数据及有关MODIS数据产品计算其近红外波段的气溶胶辐亮度,由此外推北京一号卫星多光谱影像各波段的气溶胶辐亮度,以实现对该影像的大气校正,取得了良好的效果.该方法克服了传统大气校正方法依赖于现场测量大气参数的缺陷,拓展了非水色传感器在水体监测领域的应用前景.     

黄渤海大气气溶胶卫星观测与长期变化趋势分析

收集了中国黄渤海区域(112°~125°E,35°~45°N)2000—2009年10 a内MODIS气溶胶光学厚度AOD月均标准数据,按陆地和海洋(陆海)像元及海洋像元两类分别进行经验模态分解(EMD),结合南方涛动指数(SOI)和我国年度化石燃料消耗总量讨论黄渤海海区气溶胶时间变化特征及成因。研究表明该陆海区域大气气溶胶光学厚度6月份多为全年最高,海洋区域最高值出现在4—7月之间;秋冬季(10—次年2月)气溶胶光学厚度达到最低;EMD分解获得气溶胶具有4 a变化周期特性,与南方涛动指数的相关性均达到0.7,说明大气气溶胶同样受到全球气候变化的影响;与我国煤炭化石年消耗量相关系数达到0.98,该研究区气溶胶受陆源影响明显,人类活动对海洋环境的作用不容忽视。     

珠江口二类水体MODIS 数据大气校正

以珠江口海域为主要研究区域,针对近岸二类水体近红外波段离水辐射为0的假设不再成立,导致MODIS标准大气校正算法中用于大气校正的两个近红外波段的气溶胶散射值的高估,引起可见光波段离水辐射值较实际值偏小,甚至出现负值的问题,研究了748,869 nm波段的气溶胶散射及离水辐射之间的关系,提出了珠江口二类水体MODIS数据的大气校正算法。通过与MODIS数据标准大气校正算法、基于短波波段的二类水体MODIS数据大气校正算法相比,表明珠江口二类水体MODIS数据的大气校正算法具有一定的优势。     

中国“海洋一号”卫星图像上的冯·卡门大气涡街现象与动力分析

利用中国"海洋一号(HY-1B)"卫星海洋水色水温扫描仪(COCTS)和美国Terra卫星中分辨率成像光谱仪(MODIS)等观测数据对2011年3月2日济州岛东南海域的冯·卡门(von Kármán)大气涡街现象进行了观测和动力分析。COCTS和MODIS观测得到大气涡街涡列距离和涡旋间距比(h/a)均值分别为0.32和0.35;在大气涡街发生海域存在低风速海面风涡旋和海面温度暖舌;济州岛的大气垂直结构存在一逆温层。利用COCTS和MODIS伪彩色合成图观测时间差异,计算得到涡旋移动速率为12.2 m/s,而分别利用它们各自的几何观测参数(h/a),结合涡街动力模型计算得到涡旋移动速率分别为12.8 m/s和12.3 m/s。利用上述观测结果计算得到大气涡街个例的脱落频率为1.24×10-4 s-1,脱落周期为134 min,其中雷诺数范围为60~75,涡街运动学黏性系数范围为2 200~2 750,弗劳德数为0.10,罗斯比数为0.43。分析结果表明中国"海洋一号"卫星数据可用于冯·卡门大气涡街等海洋大气现象的定量化研究。     

基于MODIS数据气溶胶光学厚度特征分析

气溶胶光学厚度(AOD)是表征大气浑浊程度的关键的物理量,也是确定气溶胶气候效应的重要因素。本文以环渤海区域为例,首先利用太阳光度计观测数据对MODIS数据气溶胶光学厚度产品进行验证分析,暗像元法反演结果最好;然后基于2005年1月至2019年2月MODIS暗像元法反演结果分析环渤海地区气溶胶光学厚度的时空分布。结果表明:环渤海地区AOD分布呈现出明显的季节变化,春夏季节气溶胶处于高值区(0.7-0.9),秋冬季节处于低值区(0.2-0.5),AOD高值区主要分布于北京、天津及河北和山东交界地区。气溶胶分布特征可能与沙尘天气、季风变化和工业生产生活的污染物排放有关。     

厦门海域大气气溶胶光学厚度地基观测分析及卫星遥感检验

利用设立于厦门岛西南部沿海的气溶胶地基观测站点2008年1月7日至2009年4月30日的观测资料,对厦门海域气溶胶光学厚度的每日逐时变化、逐日变化、逐月变化进行了分析研究,并利用观测结果对MODIS L2级气溶胶光学厚度(AOT)产品进行检验。结果表明,厦门海域气溶胶光学厚度每日逐时变化和逐月变化有一定的季节规律,而逐日变化随气象条件的不同有很大差异。一年中气溶胶光学厚度月平均值呈现春秋季双峰分布趋势,4月份最大,超过0.9,空气较为混浊;6月份呈现谷值,AOT小于0.3,空气相对清洁。夏季气溶胶主控粒子的粒径较大,而其余各月份的波长指数在平均值1.21附近波动,混浊系数年平均值为0.25。利用该地基观测资料对MODIS L2级AOD产品进行检验,MODIS反演的厦门海域气溶胶光学厚度逐月变化趋势和地基观测结果完全一致,表明MODIS卫星遥感气溶胶光学厚度能比较好地反映厦门海域的气溶胶季节变化特征。     

黄渤海气溶胶粒子数密度分布特征分析

本文利用激光气溶胶粒径谱仪随东方红2号科考船现场测量得到的冬季黄渤海上空的气溶胶粒子数密度和数密度谱,分析了2011年和2013年黄渤海气溶胶粒子平均数密度谱、黄海气溶胶数密度的经向分布以及气象条件等因素的影响。研究表明:渤海海域的直径在0.30~0.34μm和2~8μm范围内的大气气溶胶粒子数密度明显大于黄海;黄海海域气溶胶粒子数密度的经向分布有明显规律,主要呈现低纬度到高纬度逐级升高;风速是大气气溶胶的重要成因之一,风速小于12m/s时,大气气溶胶粒子数密度随风速的增大而增大。     

海洋表面大气下行辐射遥感估算

在海-气相互作用研究中,大气下行辐射的准确估算具有重要意义。在气象站点分布密集的地区,大气下行辐射可通过常规的仪器测量获取。但海洋表面布点成本高,维护比较困难,严重影响我们对海区辐射特征的认识和了解。遥感可提供良好的时空连续性和多层次数据,是研究大气下行辐射的有效手段。本文模拟了不同大气条件下海表的长波下行辐射,考虑到大气下行辐射不仅与所在层的大气有关,还受临近大气层的影响,我们通过增加大气水汽含量重新参数化大气比辐射率,改进Brutsaert模型,建立基于MODIS数据遥感估算海洋表面大气下行辐射的模型,并利用"中国近海海洋综合调查与评价"项目中黄海区观测的海-气通量观测资料对所提出的模型进行检验。结果表明,本文所改进的参数化模型在模拟数据中的均方误差(RMSE)为11.2 W/m~2;在实际数据验证中,RMSE为20.9 W/m~2;模型的精度基本达到了海-气作用研究中对瞬时大气下行辐射的精度要求。     

基于MODIS资料反演海上能见度的经验模型

利用2002年10月~2003年8月的中分辨率成像光谱数据MODIS(ModerateResolutionImagingSpectrora-diometer)和华南沿海及海上能见度观测数据,对华南海域连续的、长时间序列的能见度遥感监测和定量反演进行了试验。将MODIS影像分为:晴空(Ⅰ);雾和低云(Ⅱ);有降水积云(Ⅲ)和其它(Ⅳ)4类,并按照通道间相关性最小和与大气水平能见度相关最大的原则进行通道筛选。初步分析表明,水平能见度确实与MODIS卫星表观反照率存在一定的函数关系。在此基础上,对每一类进行通道筛选和特征因子提取,建立分类的反演经验模型进行大气水平能见度的遥感反演,并与观测结果进行了比较。结果表明,在Ⅰ和Ⅲ类大气状况条件下,能见度的反演结果较好(相关系数分别达到0.6和0.9,远大于95%信度检验水平),而大气状况较为复杂的II类反演精度较低,相关系数只有0.5(仅达94.2%显著性检验水平)。由此可见,对于海上下垫面均一、而大气状况复杂的遥感反演问题,根据大气状况分类简化的统计反演是较为有效的1种方法。同时,对大气的辐射消光特性的了解和MODIS通道特性的分析,也是决定反演结果的重要因素。     

利用卫星数据反演中国近海气溶胶浓度及干沉降通量

利用Aqua卫星MODIS光谱成像仪遥感的气溶胶光学厚度(AOD)资料,结合CALIPSO卫星给出的气溶胶消光系数和相对湿度垂直剖面数据,反演了中国近海低层大气气溶胶浓度,并依据水面干沉降模型估算中国近海气溶胶干沉降通量的时空分布,提出了一种订正AOD的方法;使用中国沿海城市气溶胶浓度监测值,在渤海、黄海、东海和南海4个海区拟合得到了4组AOD与PM10质量浓度的线性关系;反演了2014年3月—2015年2月中国近海气溶胶浓度。结果显示,中国近海气溶胶浓度全年均值为38.15μg/m3,渤海比南海高约149%,沿岸海域高出远海约30%,冬春月份高于夏秋月份约3.7%;气溶胶干沉降通量年均值为0.028g·m-2·d-1,同样表现出北部海域高于南部海域、冬春季高于夏秋季的分布趋势。     

海洋气团对沿海城市大气环境影响与识别研究

本研究通过识别海洋气团特征及沿海城市大气受到海洋气团的影响方式与程度,为评价沿海城市空气环境质量提供科学依据。以青岛市为例,收集大气气溶胶样品中放射性核素~(210)Pb、40K数据及采集时段当地大气颗粒物数据;分析~(210)Pb活度浓度与气溶胶颗粒物浓度变化;对当地当时大气气团进行溯源分析。研究表明:(1)研究期间青岛沿岸地区2015年4月至2016年6月与2016年6月至2017年6月大气污染特征显著不同,前者~(210)Pb活度浓度与污染颗粒物浓度显著相关,而后者~(210)Pb活度浓度与污染颗粒物无相关关系;(2)穿越海洋的陆地气团呈现出高活度浓度、低颗粒物浓度的特征;来自海洋气团的气溶胶呈现出低活度浓度、低颗粒物浓度的特征;(3)海洋气团气溶胶中~(210)Pb活度浓度较低。临近大陆的海洋(黄海、东海)上层大气受到大陆气团的影响,其海洋气团的特征有所减弱。~(210)Pb活度浓度、颗粒物浓度(PM2.5)可作为判断海洋气团的指标,识别"来自海洋的气团"与"经过海洋的气团"。     

青岛大气中甲磺酸的含量分析

二甲基硫(CH3SCH3,或DMS)是大气硫化物最主要的天然来源之一,是由海洋浮游植物产生的。其在大气中的氧化产物甲磺酸(MSA)和非海盐硫酸盐(Nss-SO42-)是沿海天然降水中酸性物质的主要贡献者。对大气气溶胶中甲磺酸的采样条件及测定方法进行了探讨,利用离子色谱技术测定了青岛春季大气气溶胶中甲磺酸质量浓度平均为0.376μg/m3,并与文献结果进行了比较。     

水色遥感大气校正方程的研究进展

大气校正是水色遥感研究中必不可少的一步,文中概括总结了对于一类水体、二类水体的大气校正以及在每类水体中对气溶胶单散射、复散射两种情况下的大气校正方法,列出了比较实用的计算流程。     

大气校正模型对多光谱水深反演影响的多维度分析

大气校正是水体定量遥感的基础与前提。本文从大气校正模型、大气校正模型参数、水体组分差异以及水深反演波段组合方式4个维度探讨大气校正模型对水深反演的影响。研究采用6S、FLAASH、ACOLITE与QUAC 4种大气校正模型,选取大陆型、海洋型与城市型气溶胶模式,以瓦胡岛西北侧与谢米亚岛周边浅水作为清洁水体研究区,以辽东浅滩与槟城海峡作为浑浊水体研究区,基于Landsat-8多光谱影像开展大气校正,并采用8种波段组合方式进行水深遥感反演。研究结果表明：（1）4种大气校正模型均可在一定程度上削弱大气对水体信号的影响;因参数选取以及研究区水体组分的不同,不同模型的校正结果存在一定差异;两类水体反射率峰值分别出现在蓝波段与绿波段;（2）6S大气校正模型鲁棒性较强,该模型因研究区水体组分发生变化导致对应的水深反演结果与其余模型相比波动较小;FLAASH模型在海洋型和城市型两种气溶胶模式水深反演结果在浑浊水体存在较为明显的差异,辽东浅滩浅水区平均相对误差相差7.9%;ACOLITE模型受水体类型影响显著且对浑浊水体具有优越性与稳定性,平均相对误差较FLAASH降低5.6%;(3)多波段水深反演精度...     

1307号台风“苏力”影响期间厦门大气气溶胶中细颗粒物组成变化的特征

厦门是南亚热带海洋性季风气候,海洋雾霾和台风影响明显.本文利用单颗粒气溶胶飞行时间质谱仪(SPAMS)对2013年第7号台风"苏力"登陆前后期间(7月10日至7月18日)厦门上空大气气溶胶中细颗粒物进行实时在线观测,分析典型的台风极端天气对厦门大气气溶胶特征的影响.在此次研究中厦门上空气溶胶中的物质主要可分为:元素碳、有机碳、生物质燃烧、元素有机碳、含铅颗粒、含钒颗粒物、含钙颗粒物、海盐和高分子颗粒物等9类.研究结果表明台风影响过程中细颗粒组成发生明显变化具体为:台风前船舶排放的含钒颗粒物明显增多,这与台风前大量船舶驶入并停靠在厦门锚地避风有关;随后台风强气流将其他地区的污染物带入厦门,颗粒物数浓度不断升高达到最高值;强降雨的清扫作用使得大气中颗粒物的浓度迅速降低,但台风过后大气中颗粒物数浓度则迅速升高.润滑油燃烧产生的含钙和磷酸盐的颗粒物数浓度升高最为明显,表明汽车尾气仍然是厦门本地污染的重要来源.     

百慕大群岛上空气溶胶物质的因子分析

海洋上空中存在的气溶胶称为海洋气溶胶,它是由陆源和海源物质混合组成的。海洋气溶胶浓度变化由每立方米几微克到几百微克,颗粒直径从0.1μm到50μm,在大气中的滞留时间从几小时到几天,从而构成了一种多来源的复杂体系。海洋气溶胶的颗粒在从陆地向海洋和从海洋向陆地的地球化学过程中起着一种大气通道的桥梁作用。在海气交换中的物质交换和能量交换中扮演着重要角色。正确判别海洋气溶胶中的物质来源,评价各个来源的贡献通量,对研究大气生物地球化学循环以及人类活动对其影响有着重要的意义。本文采用因子分析方法[1],对百慕大上空的78个海洋气溶胶样品进行来源判别1),获得较为理想的结果。     

非洲地区大气气溶胶光学厚度时空变化及亚速尔高压对沙尘越大西洋传输的影响

研究了非洲地区大气气溶胶光学厚度(AOD)的时空变化及沙尘气溶胶越大西洋海区的传输。结果表明:1)源于撒哈拉沙漠的沙尘及其随赤道东风向西输送使得沙尘气溶胶成为非洲沙漠地区和紧邻的大西洋海区的主要气溶胶组分; AOD高值区和沙尘气溶胶光学厚度高值区在1—7月随赤道辐合带北移同步向北移动,而在8—12月则向南回撤。2)刚果盆地大气气溶胶主要为热带雨林和稀树草原排放的有机碳(OC)和黑碳(BC)气溶胶;其中与生物质燃烧源排放有关的OC、BC高值主要集中在干季(6—9月)的后半段(8—9月);而生物源OC排放全年连续,其排放峰值出现于雨季开始时;生物质燃烧排放高值期与生物源排放高值期前后相继,形成干季(尤其是后半段)时期的OC、BC光学厚度高值。3)亚马逊河入海口地区主要气溶胶组分为海盐气溶胶,9—11月该区风力输送增强,风向由东南风转变为东风,海盐进入亚马逊河入海口处,形成AOD和海盐气溶胶光学厚度高值区。4)撒哈拉沙漠沙尘气溶胶向大西洋传输的偏北月份为7—9月、偏南月份为1—3月; 2000—2016年海区沙尘气溶胶的传输路径存在向南移动的变化趋势,与同期亚速尔高压的增强和沙尘传输路径以北北风分量的增强以及赤道辐合带的移动一致。上述研究结果揭示了利用大气气溶胶时空变化特征反映区域大气环流和气候变化的可能性。     

基于大气参数拟合的GF-1多光谱影像大气校正

针对大气校正常使用的基于查找表的方法建表速度缓慢、查找精度低等问题,提出在6S大气校正模型的基础上,以气溶胶厚度为自变量对大气参数进行拟合的算法,使用该算法对GF-1多光谱影像进行大气校正研究。对半球反射率、路径辐射项等效反射率、大气透过率3个大气参数使用三次多项式进行拟合,拟合后的决定系数都达到了0. 999 8;根据拟合结果使用MODIS气溶胶产品作为输入,逐像元计算大气参数,并对影像进行大气校正,将校正结果与FLAASH模型校正结果进行对比。结果表明,该算法能有效校正大气对GF-1多光谱影像的影响,并与FLAASH校正结果具有很好的一致性。