从短波红外与红光波段反演华北地区气溶胶

针对MODIS数据监测华北地区陆地气溶胶存在的植被稀少和仪器老化的问题,开展了基于短波红外波段和红光波段地表反射率比值反演气溶胶。讨论了华北地区MODIS传感器红波段和短波红外波段地表反射率的时间变化特征,发现二者之间的比值较为稳定,据此去除地表反射贡献,建立了陆地气溶胶反演算法。利用2016年9月—2017年8月过境华北地区的MODIS数据进行了算法测试和验证,该算法能够同时在植被稠密和稀疏的地区获得反演结果,较好地反映了气溶胶的空间分布。与AERONET北京Radi站和香河站气溶胶产品对比表明,该算法对于城市和乡村区域的应用效果较好,与地面观测结果的相关系数高于0.9,但算法出现了整体低估;分季节验证结果表明,季节之间的差异较小。     

星载对地观测偏振传感器及其大气遥感应用

偏振反映电磁波的方向特性,是除强度之外电磁波的另一维度的信息。在电磁波与大气颗粒物的相互作用中,偏振由于其对颗粒物物理特征的高敏感性, 可以有效提高卫星遥感探测的丰度和精度,改善对大气中特性复杂的气溶胶和云等成分的探测能力。首次综合介绍了我国研制的4种类型星载 对地观测偏振传感器,包括多角度偏振相机、推扫式偏振成像仪、摆扫式偏振仪、多通道偏振辐射计,并分析了代表性的国产偏振传感器 的指标参数,总结了各类载荷的探测能力。在此基础上,介绍了星载偏振传感器的主要定标方法,包括发射前实验室定标、星上定标和在轨定标。 偏振载荷具有增加卫星观测维度和精度、对大气颗粒物粒径和形状特征敏感、改善弱信号探测等方面的综合优势,能够获取全球范围内 高精度的大气气溶胶和云参数。星载对地观测偏振传感器具有广阔的大气遥感应用空间和潜力,可在细颗粒物PM2.5卫星遥感、关键气候 因子观测及评估、极端环境事件监测、气溶胶生态效应评估、对地观测高精度大气校正等多个领域发挥作用。     

利用MODIS数据监测北京地区气溶胶

采用暗像元法对北京地区的气溶胶进行了监测：以2005~2007年的MODIS 1B数据为数据源,使用6S进行辐射传输计算构建查找表,进行气溶胶光学厚度的反演,并使用AERONET数据对结果进行验证,对冬季和夏季的监测结果进行了比较。结果表明,该算法能够较好地监测气溶胶,反映城市气溶胶的区域变化;但冬季时的监测结果要远远差于夏季,很难满足气溶胶监测需求。     

深蓝算法应用于GF-1 16m相机反演陆地气溶胶

高分一号卫星是我国发展的新一代高分辨率对地观测卫星,如何应用该数据进行环境空气监测是目前迫切需要解决的问题。在深蓝算法基础上,根据GF-1星16 m相机的波段特征,借助MODIS的地表反射率产品去除地表贡献,从蓝波段数据反演了陆地气溶胶,实现了深蓝算法在GF-1星16m相机的应用。在此基础上,收集了2014年8~11月过境北京地区的GF-1星16m相机数据进行了反演实验,结果表明:该算法获取的气溶胶反演结果较好地反映了气溶胶的空间分布。同时,利用同期的AERONET/PHOTONS北京站的地面监测数据进行了算法验证,结果表明,本算法与地面数据有较好的相关性,相关系数大约为0.9,但该算法结果明显高于地面观测结果,可能是MODIS与GF-1星16m相机的波段响应不同导致的结果。     

基于光谱与几何匹配的GOCI与MODIS交叉辐射定标

海洋卫星COMs-1（Communication, Ocean &Meteorological Satellite-1）上携带的GOCI（Geostationary Ocean Color Imager）传感器以海洋监测为主,也具备较好的陆地监测潜力,但传感器陆地辐射特性存在偏差。为改善GOCI陆地辐射特性,基于MODIS数据,对GOCI可见光和近红外波段开展交叉辐射定标,弥补场地定标成本较高、定标参数更新周期长的不足,拓展其陆地定量遥感监测能力。交叉辐射定标中,考虑GOCI和MODIS传感器相应波段光谱响应函数之间的匹配; 通过辐射传输模拟,订正两传感器观测角度对辐射定标的影响;通过选取两传感器同一过境时刻的数据,降低太阳角度对辐射定标的影响,提高交叉定标精度。通过MODIS数据模拟的GOCI相应波段的表观辐亮度与GOCI实测结果比对,R2大于0.88。对定标结果进行初步验证,表明交叉辐射定标后,GOCI陆地上的辐射特性满足基本的定量遥感需求。     

遥感监测2005~2015年中国NO2时空特征及分析影响因素

基于OMI对流层NO²柱浓度产品研究了2005~2015年中国及各省(市、区)NO²时空变化及影响因素:①中国对流层NO²柱浓度2005~2009年波动较小,2010~2011年升幅较大,2012年较2011年有所下降,2013年与2012年持平,2014、2015年持续大幅下降;②中国NO²高浓度分布面积11年来变化显著,五级高浓度分布面积2005~2011年呈显著上升趋势,2011年面积最大为37.2万km²;2011~2013年波动较小;2014~2015年呈直线下降趋势,2015年降低到6.1万km²;③上海、天津两市对流层NO²柱浓度处于五级高浓度水平,其中上海是中国浓度最高的城市,山东是中国浓度最高的省;④对流层NO²柱浓度的变化与第二产业生产总值相关性很大,需要调整优化产业结构降低第二产业比重才能得到改善;长期依赖燃煤高污染的能源结构也是导致NO²浓度居高不下的一个重要原因,亟需开发新能源以替代煤燃料等各种办法;机动车保有量快速增加,汽车标准及油品跟不上国际发展水平,导致NO²排放量大增。     

卫星遥感温室气体的大气观测技术进展

全球、区域及城市的碳浓度、碳源汇信息是应对气候变化、达成双碳目标、完善国际谈判、支持治理政策制定与执行的重要依据。国际认可的“自上而下” 方法将卫星观测作为基础的通量计算技术, 是验证温室气体排放清单的重要手段。系统介绍了温室气体的卫星探测载荷原理、类别和发展, 以及反演、估算CO2、CH4 和N2O 的浓度和排放通量的方法, 还有探测缺失和误差存在的影响因素等; 分析了对卫星探测温室气体能力提高的迫切需求, 浓度反演和排放量估算精度不足, 以及N2O、氟化物等其他温室气体遥感研究缺乏、地基遥感验证能力薄弱等问题; 最后总结了我国温室气体卫星遥感技术的发展趋势, 主要是面向主被动高时空分辨率卫星的研制应用、高精度多尺度排放量估算(特别针对城市、小区域和点源尺度)、氟化物遥感评估等主题, 以加强对碳排放的量化观测, 并增强对碳循环的理解, 提高感知和应对气候变化的能力。     

利用环境一号卫星数据监测雾分布

雾是环境空气监测的一个重要内容之一。根据环境一号卫星B星（HJ-1B）的数据特点,从典型地物、云、雾的微物理特性的RT3辐射传输模拟出发,分析不同波段典型地物和云、雾的反射率、亮温差别,提出了综合利用HJ-1B卫星CCD相机和红外相机数据进行雾监测的方法与流程。最后,使用2009年3月12日我国南方地区的HJ-1B数据为卫星监测数据进行了监测试验。结果表明:HJ-1B卫星数据能够实现雾的监测,但由于薄云受到地表影响,无法准确区分薄云与雾。     

基于组件的区域霾监测系统及其反演算法

针对国内外尚无对霾的遥感监测,霾在NASA的MODIS产品中作为薄云处理的情况,基于MODIS数据,采用.NET分布式架构,结合MatlabCOM, ArcEngine等组件,建立一个区域霾监测系统,论述系统的设计思想及改进的霾反演算法,对华北地区部分霾天进行监测,结果显示该系统能够准确地模拟大气污染状况。     

京津冀及周边地区大气污染防治重点关注区域遥感综合分析

京津冀及周边地区的城乡结合部及县城周边地区散乱污企业污染严重,面源管控困难,准确快速地确定环境督查重点关注区域,可有效提高现场环境执法效能。而仅仅获取单一的大气污染源要素浓度分布情况不能全面反映实际的空气质量污染水平,也无法准确定位大气污染源,因此基于MODIS、OMI等卫星遥感数据,利用灰霾像元识别及统计、地理加权回归(GWR)、光谱差分吸收(DOAS)和主成分分析(PCA)等方法,开展灰霾面积、细颗粒物(PM_(2.5))、NO_2和SO_2等大气污染物浓度反演,并计算2016年9月以来的多次重污染天气中各项污染物浓度均值,通过区域空气重污染高发指数公式计算提取重污染高发地区,最后结合高空间分辨率影像划定污染企业疑似聚集区,作为环境督查的重点关注区域。通过所划定的重点关注区域,可以准确定位大气污染源聚集区,有效提高环境执法的精准性和执法效率,为环境执法提供技术支撑,解决环境监察人力不足的问题。