卫星近红外偏振通道反演气溶胶光学厚度的气溶胶模型影响

卫星偏振测量是气溶胶遥感的一种重要手段.气溶胶模型的准确性是影响卫星遥感气溶胶参数精度的关键因素之一.在卫星反演气溶胶算法中,若忽略气溶胶粗模态贡献(星载偏振传感器气溶胶反演的一种常用假设)或选错气溶胶类型,均会带来反演结果的误差.基于六种典型的气溶胶类型(沙尘型、生物质燃烧型、乡村背景型、污染大陆型、污染海洋型和重污染型)模型,模拟研究了气溶胶模态和类型选择对卫星近红外偏振通道反演气溶胶光学厚度(AOD)的影响.利用矢量的辐射传输模式,模拟分析了六种气溶胶类型在865 nm波长的大气偏振反射分布函数(BPDF);发现大气BPDF与气溶胶粒子尺度密切相关,粗模态对大气BPDF的贡献远小于细模态;粗、细模态同时存在时,大气BPDF反而小于仅细模态时的BPDF.在此基础上,分析了"忽略粗模态贡献"和"选择错误气溶胶类型"两种情况下AOD的反演误差,得到如下结论:(1)忽略气溶胶粗模态贡献,会导致反演的细模态气溶胶光学厚度(AOD_f)偏小.六种典型气溶胶类型模型情况下,AOD_f反演结果可偏低12.3%~35.7%,其中沙尘型气溶胶时AOD_f反演误差最大,污染大陆型气溶胶时AOD_f反演误差最小.(2)若气溶胶类型选择错误,反演的AOD可能偏大或偏小,取决于与气溶胶类型对应的大气BPDF的差别.测试的六种气溶胶类型中,沙尘型与重污染型的大气BPDF差别最大,二者互换(即"选择错误")时,AOD反演误差最大,分别可达220.3%或-60.6%;乡村背景型与污染大陆型的大气BPDF差别最小,两者互换时,AOD反演误差最小,分别为7.1%和-3.0%.研究结果对于发展新一代星载偏振传感器及其气溶胶反演算法研究具有参考价值.     

气溶胶辐射强迫效率研究

气溶胶光学特性对气溶胶直接辐射强迫有重要的影响。采集了北京、香河、兴隆、敦煌四个不同地区的气溶胶光学特性地基观测数据,利用SBDART辐射传输模式模拟计算获取了四个地区的气溶胶直接辐射强迫,通过对比分析这四个地区的气溶胶辐射强迫得到了气溶胶辐射强迫效率同气溶胶光学特性的相关性。该研究结果对分析气候模式和评估环境能源结构具有重要的参考意义。     

近海污染大气气溶胶光学性质反演研究

提出了基于中分辨率成像光谱仪(MODIS)数据反演近海污染大气气溶胶光学性质的算法.根据近海污染大气气溶胶的成分特征构建了新的气溶胶模式;同时避开了MODIS反演算法中计算大气顶光谱反射率理论的缺陷;利用近红外光谱数据降低了近岸二类水体离水辐射的影响,并通过光谱匹配技术实现了近海污染大气气溶胶光学性质的反演.利用气溶胶...     

基于太阳辐射计的气溶胶光学特性反演算法研究

介绍了一种利用太阳直接辐射和天空漫射辐射来反演气溶胶光学特性的方法,研究了其算法实现过程.结合太阳辐射计CE318所测得的太阳直射辐照度和天空漫射辐亮度数据,反演获得了晴朗天气下四个波段的气溶胶光学厚度、Angstrom参数、单次散射反照率、散射相函数和偏振相函数.算法的实现为解决光学遥感应用中气溶胶散射相函数和偏振相函数的测量问题提供了一个实用的方法.     

获取多波长气溶胶光学特性的方法研究

为了获得多波长气溶胶的垂直消光特性,本文提出了一种综合利用光学粒子计数器、能见度仪和激光雷达获取多波长气溶胶光学特性的新方法。该方法根据光学粒子计数器测量的谱分布、能见度仪测量的能见度和激光雷达测量的消光后向散射比反演出气溶胶粒子(λ=0.532μm)的折射率,作为初始值,根据气溶胶模式提供的折射率随波长的变化关系,确定其他波长上的折射率。再根据气溶胶折射率和谱分布计算不同波长上的消光特性,最后采用激光雷达测量的垂直消光廓线来反演其他波长上的消光廓线。以0.532μm,1.06μm和 10.6μm三波长为例,给出北京2004年8月24日气溶胶在不同波长上的垂直消光廓线。     

基于DPC的中国部分区域陆地气溶胶光学厚度反演

大气气溶胶是气候变化与遥感定量化等的重要影响因素,研究气溶胶光学特性具有重要意义.基于高分五号卫星搭载的大气气溶胶多角度偏振探测仪(Directional polarimetric camera,DPC)过境中国区域的数据,开展了气溶胶光学厚度的反演研究.基于矢量辐射传输模型6SV计算构建气溶胶光学特性查找表,采用Ro...     

MPL反演南京北郊气溶胶光学厚度准确度的研究

微脉冲激光雷达是探测气溶胶的有效工具。为了验证探测的准确度,对一台微脉冲激光雷达观测数据采用Fernald算法进行反演,得到了南京北郊上空的气溶胶光学厚度,并将反演结果同太阳光度计观测数据、喇曼-瑞利-米雷达观测数据和中分辨率成像光谱仪的标准气溶胶产品进行了比较。结果表明,它们之间具有一定相关性。微脉冲激光雷达是反演气溶胶光学厚度的有效手段,可以用于其它观测手段的地面验证。     

基于6S模型从MODIS图像反演陆地上空大气气溶胶光学厚度

本文描述了一种以MODIS图像反演陆地大气气溶胶光学厚度的算法，它是基于6S大气辐射传输模型计算的查找表(LUT)，并利用地面的暗目标自动反演陆地大气气溶胶光学厚度的方法。利用该算法给出了我国江西省中部地区的2001年10月19日550nm波长的平均大气气溶胶光学厚度(0．19)，这与从国家气象档案馆获得的该地区的气象能见度计算结果有较好的一致性。     

基于MODIS数据反演高反射率地区气溶胶光学厚度的方法研究

针对高反射率地区地表反射率难以确定的难点,假设在不同年间同一天相同地物的两个不同波段的比值近似相等的前提下,借助几何光学模型理论,应用MODIS历史产品和数据,即MODIS地表反射率产品(MOD09)、历史MODIS图像第七波段的地表反射率和待反演地区的MODIS第七波段的地表反射率数据计算出待反演地区的MODIS其他波段的地表反射率,然后结合利用6S辐射传输模式计算建立的查找表,可实现待反演区域的气溶胶光学厚度的反演.以北京市区为例,应用该方法实现了北京市区的气溶胶光学厚度反演,并把反演结果与AERONET观测站的结果进行了对比,对比发现该反演方法对亮区域有效,其误差在30％以内.     

气溶胶光学吸湿增长特性测量方法研究进展

吸湿性气溶胶会吸收环境空气中的水分,其粒径会随相对湿度的增加而发生变化,从而导致气溶胶的光学特性(如消光、散射、吸收系数与单次散射反照率等)发生显著的变化。气溶胶光学吸湿增长因子(湿状态与干状态下光学参数的比值)是衡量气溶胶光学吸湿增长能力的特征参数,是计算大气能见度和气溶胶辐射强迫的关键输入量,它的准确测量对于气溶胶环境和气候效应的评估具有重要意义。光学吸湿增长测量系统主要包括湿度调节系统和光学测量装置,通过湿度调节系统改变样品的相对湿度,再结合光学测量装置实时测量光学参数的变化,从而实现光学吸湿特性的在线测量。鉴于气溶胶吸湿性研究的重要意义,重点分析对比了现有的光学吸湿增长测量方法及应用,并对下一步气溶胶光学吸湿增长特性测量技术和研究方向做了展望。     

红外波段气溶胶粒子光学特性的数值计算

气溶胶是大气电磁环境中的重要组成部分,气溶胶粒子的光学特性是研究红外遥感、目标探测等激光传输特性的一个关键问题。依据粒子电磁散射理论,利用离散偶极子近似方法对不同形状、不同成分气溶胶粒子的光学特性进行计算,得到气溶胶粒子散射截面、吸收截面及不对称因子等光学特征量在0.71～11μm波段的数值结果。结果显示:入射光波长、气溶胶粒子折射率及气溶胶粒子形状是影响气溶胶粒子光学特性的主要因素。散射截面、吸收截面及不对称因子等光学特征量的数值结果也为研究气溶胶中红外激光的传输特性提供了参考依据和计算方法。     

激光雷达测量大气气溶胶光学厚度方法研究

介绍一种激光雷达常数标定和气溶胶光学厚度(AOD)测量的新方法.利用太阳辐射计,获得大气气溶胶的光学厚度,激光雷达可以获得35～40 km高度的回波信号,在这一高度区间可忽略气溶胶的存在,大气模式可以提供大气分子散射系数,根据激光雷达方程计算出激光雷达常数.反之,标定激光雷达常数后,根据激光雷达方程,以激光雷达35～40 km的大气分子后向散射回波信号来确定气溶胶的光学厚度.激光雷达测量结果与太阳辐射计的测量结果一致性较好,说明该方法是可行的.这种新方法既可以用于白天的气溶胶光学厚度测量,也可以用于夜间测量.     

厦门海域气溶胶光学特性的观测研究

在讨论了太阳辐射计标定的基础上,介绍了利用多波段太阳辐射计对厦门海域气溶胶光学厚度的测量.研究测量结果表明厦门海域气溶胶的Jungle参数是3.0017,它具有大陆模式的特性.     

喇曼激光雷达探测云及其附近气溶胶光学参量

为了研究喇曼激光雷达探测云与气溶胶相互作用相关光学参量的可行性,研制了一台607nm喇曼激光雷达。采用适当提高喇曼激光雷达配置的方法,提高了喇曼回波信号信噪比。通过实验取得了晴空少云天气下云和气溶胶的消光系数垂直廓线,给出了喇曼激光雷达观测云与气溶胶相互作用的个例分析,说明利用地基喇曼激光雷达,可以为研究云与气溶胶之间相互作用的物理过程提供基础数据,并指出正在研制的多波长喇曼-偏振激光雷达技术探测云与气溶胶相互作用的技术优势。结果表明,喇曼激光雷达具备定量探测中低自由对流层内薄云层和气溶胶消光系数的能力。     

高分五号卫星偏振遥感陆地上空气溶胶光学厚度

针对多角度偏振成像仪(Directional Polarimetric Camera,DPC)数据,提出了基于多角度多光谱偏振信息的气溶胶光学厚度反演方法。该方法使用Nadal-Breon半经验模型计算地表偏振反射率,以扣除地表影响;采用倍加累加法矢量辐射传输模型构建气溶胶参数查找表,通过计算最小残差,动态确定最优气溶胶模型,从而实现陆地上空气溶胶光学厚度的反演。使用DPC的L1级条带数据,反演获得了中国东部地区气溶胶光学厚度的空间分布,并与MODIS产品和AERONET地基站点数据分别进行了对比,反演结果与MODIS气溶胶产品的整体分布具有很好的一致性;同时,与AERONET地基站点观测结果具有较高的相关性,670 nm和865 nm两个波段的相关系数都在0.8以上,说明该算法模型反演陆地上空的气溶胶光学厚度准确可靠,可为DPC遥感大气气溶胶提供技术支持。     

离散偶极子方法研究雾霾随机簇团粒子的光散射特性

分析硫酸、硫酸、硝酸盐、碳和有机碳等组成的雾霾污染物簇团,基于团簇 -团簇凝聚模型(CCA),对簇团粒子的随机三维结构进行了模拟,构建不同成分,不同形状簇团粒子,在此基础上运用离散偶极子近似法计算了雾霾簇团粒子的光散射性质,进而仿真计算了不同形状的雾霾簇团粒子的光学散射,分析了雾霾簇团粒子散射场强度随散射角、效率因子与尺度因子变化关系,偏振度随散射角的变化结果。计算结果可用于分析大气雾霾特性和大气光传输特性。     

基于颗粒物光学检测技术的大气沙尘气溶胶 形貌、混合态研究进展

大气中的沙尘气溶胶颗粒物会通过与太阳辐射相互作用、参与云的形成过程等, 对气候系统产生强烈影响。 对流层中的沙尘气溶胶通常是含有各种粒子成分的不均匀混合物, 只有通过详细了解单个沙尘粒子的理化特性才能 充分认识其对气候的影响效应。基于此, 对过去 20 年基于光学方法对大气沙尘气溶胶观测分析的研究进行了全面的 综述。回顾了利用电子显微镜、激光雷达以及单颗粒质谱等光学技术的研究成果, 简要介绍了基于扫描电镜和能谱、 偏光特性、非对称因子等的观测分析技术, 并讨论其优缺点; 总结了沙尘气溶胶形貌、混合态特征研究, 讨论其参与大 气物理化学过程的主要方式; 讨论了污染沙尘的光学性质、吸湿特性及成核能力, 这些特性都对气候变化和预测有重 要影响。大气中的沙尘气溶胶是复杂多样的, 如何将精确的单粒子分析技术和快速响应的在线检测技术结合将是未 来大气探测的研究重点, 这些研究成果也将进一步扩展到气溶胶的环境和气候影响研究, 以及人类健康风险评估中。     

综合利用环境星CCD和红外数据反演大气气溶胶光学厚度

采用遥感技术监测大气气溶胶可实现整个研究区域的全覆盖,对区域生态环境的研究具有十分重要的意义.环境与灾害监测预报小卫星于2008年9月6日成功发射,是我国第一个专门用于环境与灾害监测预报的小卫星星座,较目前常用于反演大气气溶胶光学厚度(AOD)的遥感数据源具有一定时间分辨率和空间分辨率的优势.为了促进环境星在陆地气溶胶监测领域的应用,提出一种综合利用环境星同台获取的CCD和红外(1.6 μm)数据反演AOD的方法,该方法利用CCD近红外波段和AFRI植被指数提取非阴影区域浓密植被为暗目标像元、通过6S模型模拟来构建查找表、基于暗目标像元红和蓝波段地表反射率具有较好的线性关系这一原理反演AOD.反演结果误差分析表明该方法比较稳定和可靠,反演结果合理.     

非球形气溶胶对近红外偏振辐射传输的影响及等效球形误差分析

为定量评估非球形气溶胶对偏振辐射传输的影响,基于T矩阵模型及自主开发的矢量辐射传输模式MACAR_VSPART,讨论了漫射光辐亮度及偏振辐亮度对粒子形状的敏感性,分析了气溶胶球形假设造成的漫射光模拟偏差.结果表明,不同方向漫射光的辐亮度及偏振辐亮度对形状的敏感性不一致,且其形状敏感强度的空间分布呈现特定的特征,该特征可为气溶胶遥感过程中有效观测数据的选取提供依据.等效球形假设可造成较大的漫射光模拟偏差,其中偏振辐亮度尤为显著;天顶上行漫射光对粒子形状的敏感性远强于地面下行漫射光.