基于環(huán)境一號(hào)衛(wèi)星的陸地氣溶膠光學(xué)厚度反演方法研究.pdf

1、氣溶膠對(duì)人類生活和全球氣候變化有著重要影響。氣溶膠光學(xué)厚度(Aerosol Optical Thickness)作為其最重要的參數(shù)之一，是表征大氣渾濁度的重要物理量，也是確定氣溶膠氣候效應(yīng)的一個(gè)關(guān)鍵因子。隨著環(huán)境一號(hào)遙感衛(wèi)星(HJ—1)的發(fā)射，我國(guó)具有了專門用于環(huán)境與災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)的衛(wèi)星，那么對(duì)于如何利用HJ—1衛(wèi)星進(jìn)行氣溶膠光學(xué)厚度的精確反演，同時(shí)還要考慮到方法的適用性，這都是值得研究和探討的。
　　 本論文基于HJ—1衛(wèi)星的寬

2、覆蓋多光譜可見(jiàn)光相機(jī)(CCD)數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行氣溶膠光學(xué)厚度反演方法的研究。HJ—1衛(wèi)星CCD數(shù)據(jù)幅寬360km(CCD1和CCD2組合≥700km)，星下點(diǎn)地面像元分辨率為30m，包括3個(gè)可見(jiàn)光波段(0．43～0．52μm、0．52～0．60μm、0．63～0．69μm)和1個(gè)近紅外波段(0．76～0．90μm)。那么，利用高分辨率的HJ—1衛(wèi)星CCD相機(jī)數(shù)據(jù)進(jìn)行大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)，尤其是地面顆粒物濃度的探測(cè)與估算(地面顆粒物濃度一般與氣溶膠光學(xué)

3、厚度之間有一定的函數(shù)關(guān)系)，首先就需要解決CCD數(shù)據(jù)反演氣溶膠光學(xué)厚度的算法問(wèn)題。
　　 陸地氣溶膠光學(xué)厚度反演的核心要點(diǎn)是如何在衛(wèi)星接收的信息中去除地面貢獻(xiàn)項(xiàng)，對(duì)于已經(jīng)業(yè)務(wù)化運(yùn)行的MODIS數(shù)據(jù)的氣溶膠光學(xué)厚度反演算法，它是通過(guò)中紅外2．1μm波段和可見(jiàn)光藍(lán)紅波段地面反射率的關(guān)系來(lái)反演氣溶膠光學(xué)厚度。但是，對(duì)于HJ—1衛(wèi)星的CCD數(shù)據(jù)，缺少2．1μm波段來(lái)確定可見(jiàn)光波段的地表反射率。同時(shí)對(duì)于其它的反演方法來(lái)說(shuō)，比如基于多角度觀

4、測(cè)的方法(MISR氣溶膠產(chǎn)品)、利用多波段迭代的方法(BAER，Bremen Aerosol Retrieval)等，HJ—1衛(wèi)星的波段設(shè)置以及采樣方式依然不適用。因此，我們需要尋求其它的方式來(lái)構(gòu)建適用于HJ—1衛(wèi)星CCD數(shù)據(jù)的氣溶膠光學(xué)厚度反演方法。
　　 經(jīng)過(guò)對(duì)不同氣溶膠光學(xué)厚度反演方法的總結(jié)與篩選后，本文主要對(duì)構(gòu)建地面反射率數(shù)據(jù)庫(kù)的方法進(jìn)行討論和研究。基于地面反射率數(shù)據(jù)庫(kù)的方法是利用其它衛(wèi)星的地面反射率和地面二向反射產(chǎn)品，

5、通過(guò)有效地挑選、分析以及不同傳感器之間的轉(zhuǎn)換，構(gòu)建適合于HJ—1衛(wèi)星CCD數(shù)據(jù)的地面反射率底圖，以此來(lái)進(jìn)行氣溶膠光學(xué)厚度的反演。本論文的反演實(shí)驗(yàn)區(qū)域?yàn)榻K南部、浙江北部以及上海地區(qū)，它們都位于長(zhǎng)江三角洲地帶。構(gòu)建地面反射率數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)來(lái)自于MODIS傳感器的地面反射率和二向反射產(chǎn)品，通過(guò)借鑒MODIS的業(yè)務(wù)化反演程序(查找表的構(gòu)建方式以及對(duì)查找表的處理方法)，實(shí)現(xiàn)了HJ—1氣溶膠光學(xué)厚度的反演。該方法可以適用于多種地表、多種區(qū)域，其反演

6、區(qū)域依賴于所使用的MODIS地面反射率和二向反射產(chǎn)品。本算法的關(guān)鍵問(wèn)題包含：HJ—1衛(wèi)星CCD與MODIS傳感器地面反射率之間的轉(zhuǎn)換、地面反射率數(shù)據(jù)庫(kù)的構(gòu)建規(guī)則、反演查找表的構(gòu)建與處理，本文對(duì)這些關(guān)鍵問(wèn)題都進(jìn)行了詳細(xì)的討論與分析，給出了其解決的方案。
　　 本論文也對(duì)該算法的反演結(jié)果進(jìn)行了比較與驗(yàn)證。考慮到利用HJ—1衛(wèi)星CCD反演結(jié)果與MODIS氣溶膠產(chǎn)品比較時(shí)空間尺度差別較大，本文使用了MODIS L1B數(shù)據(jù)反演了1km分辨

7、率的氣溶膠光學(xué)厚度，與HJ—1反演結(jié)果進(jìn)行了空間上的對(duì)比。HJ—1反演結(jié)果與MODIS反演結(jié)果相關(guān)性很好，相關(guān)系數(shù)達(dá)到了0．909，HJ—1反演結(jié)果稍微偏小。此外，我們還用氣溶膠自動(dòng)觀測(cè)網(wǎng)(AERONET)的太陽(yáng)光度計(jì)數(shù)據(jù)對(duì)HJ—1反演結(jié)果進(jìn)行了驗(yàn)證。結(jié)果顯示，HJ—1氣溶膠光學(xué)厚度反演值與太陽(yáng)光度計(jì)的觀測(cè)值一致性較高，相關(guān)系數(shù)為0．896，擬合的線性公式為y=0．927x+0．038，無(wú)明顯的偏差。反演結(jié)果基本符合MODIS業(yè)務(wù)化產(chǎn)品