利用静止气象卫星数据确定大气气溶胶光学厚度

我们开发了一个利用静止气象卫星（GMS）可见光通道观测资料实时反敢溶胶光厚度的应用软件,该软件包括利用可见光通道辐射亮度反演气溶胶光学厚度的辐射传输计算模块和Windows平台上实时显示气溶胶光学厚度的用户界面模块,将该软件应用于分析渤海湾地区气溶胶光学厚度的时空变化,取得了初步的结果。     

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.     

2009年至2018年全球气溶胶光学厚度时空分布特性研究

气溶胶光学厚度(AOD)是表征气溶胶含量及大气污染程度的关键因素.利用CALIPSO卫星level2气溶胶廓线产品,分析2009年至2018年全球范围典型区域内AOD的时空变化特征及其变化趋势.结果表明:全球范围的AOD表现出一定的时空差异性.在空间尺度上,AOD高值中心主要分布在印度、沙特阿拉伯等地区;在时间尺度上,...     

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.     

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。     

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。     

基于高时空分辨率卫星数据的气溶胶光学厚度反演系统

卫星遥感技术是研究大气气溶胶时空变化规律的重要手段之一。高分四号卫星(GF-4)作为新一代静止卫星,不仅具备更多的可见-近红外波段,而且具有超高时空分辨率的特点,可以执行对固定区域连续观测或凝视扫描覆盖观测,为气溶胶光学厚度定量反演提供了有利条件。基于GF-4静止卫星超高时空分辨率卫星数据,在深入了解卫星观测模式及传感器波段对气溶胶反演敏感性基础上,基于地气时变差异核心思路,开发了针对GF-4超高时空分辨率数据气溶胶光学厚度反演算法;设计并实现了具备业务化反演气溶胶光学厚度能力的软件系统,软件系统具备多线程、全自动运行能力,满足卫星数据处理业务化需求。利用该系统对GF-4数据进行了处理和分析,通过地基仪器实测的气溶胶光学厚度进行了验证,取得了初步结果。结果表明,该系统具有良好的可靠性和稳定性,可以服务于大气颗粒物时空变化遥感监测。     

德令哈和合肥地区气溶胶光学厚度季节变化特征分析

利用POM02太阳光度计测得的数据反演得到气溶胶光学厚度和波长指数,选择晴好天气下德令哈和合肥地区的大气气溶胶光学厚度和波长指数数据进行统计分析。得到两地气溶胶光学厚度与波长的季节变化关系,并对气溶胶光学厚度的月变化特征进行分析,得到了两地波长指数、浑浊度系数、气溶胶光学厚度等参数的变化特征,这对研究两地气溶胶光学特性有一定的参考意义。     

水质的光学遥感监测技术

简要介绍了水质光学遥感监测技术的基本原理，从地面、航空及卫星遥感三个方面，综述了水质遥感监测技术的研究和应用现状。     

水下目标光学隐蔽深度遥感获取方法

针对用透明度盘深度(SD)估计水下目标的光学隐蔽深度(OCD)的方法缺乏科学性与准确性,提出了利用水色卫星遥感数据获取水下目标光学隐蔽深度的方法。在给出水下目标光学隐蔽深度概念的基础上,分析了水下目标对水中光传输的影响,并根据目标背景对比度传输方程建立了水下目标隐蔽深度与透明度盘深度的转换关系。建立了水下目标光学隐蔽深度的遥感获取模式,并对模式进行了实验验证。结果表明,黑色模型的理论计算和实测数据的相对误差小于30%,而白色模型的理论计算和实测数据的相对误差小于20%。     

利用MODIS近红外陆地通道反演浑浊水体上空气溶胶光学厚度

目前MODIS海洋气溶胶反演算法能够很好地给出远海气溶胶性质,但近海结果并不理想。这是因为近海浑浊水体对0.55 µm、0.646 µm波段不能视为暗目标,对于0.86 µm波段也并不是总能视为暗目标。本研究采用MODIS近红外陆地通道对中国东南近海浑浊水体上空的气溶胶进行了反演研究,结果与AEROET符合得较好,这种算法可以很容易的与现行算法相结合,从而能够获得更多宝贵的气溶胶数据。     

利用太阳辐射测量合肥地区气溶胶光学厚度

2005年11月至2006年1月,选择晴朗无云的天气,利用地物光谱仪和自行设计的基于积分球的光学接收装置,测量了合肥地区的太阳直射光谱。利用Langley方法对测量的数据进行处理,反演了从350 nm到2500 nm的大气气溶胶光学厚度, 550 nm处的光学厚度平均值是0．391 56,光学厚度随波长增加而减小;对计算得出的光学厚度值作了Junge分布拟合,得到浑浊度系数k的平均值是0．188 95,波长指数v的平均值是3．265 04,结果表明合肥地区气溶胶中小粒子占主导地位。     

利用太阳辐射测量合肥地区气溶胶光学厚度

2005年11月至2006年1月,选择晴朗无云的天气,利用地物光谱仪和自行设计的基于积分球的光学接收装置,测量了合肥地区的太阳直射光谱。利用Langley方法对测量的数据进行处理,反演了从350nm到2500nm的大气气溶胶光学厚度,550nm处的光学厚度平均值是0．39156,光学厚度随波长增加而减小;对计算得出的光学厚度值作了Junge分布拟合,得到浑浊度系数k的平均值是0．18895,波长指数v的平均值是3．26504,结果表明合肥地区气溶胶中小粒子占主导地位。     

2014年APEC会议期间北京地区气溶胶成分遥感研究

大气气溶胶成分的改变对空气污染以及气候变化都有重要影响。遥感能在不破坏气溶胶自然状态的前提下探测气溶胶的成分特性。基于OPAC（optical properties of aerosols and clouds）模型对黑碳（BC）、水溶成分（WASO）、不可溶成分（INSO）、沙尘（DUST）四种气溶胶成分的微物理和光学特性的描述,利用太阳-天空辐射计获取的地基遥感观测,对2014年北京APEC会议前、会中、会后的气溶胶各成分含量及其光学厚度进行定量反演研究。结果显示,APEC会前、会中、会后的光学厚度（440 nm）平均值分别是0.72、0.25、0.57,会中的气溶胶光学厚度明显小于会前和会后,其中INSO成分的光学厚度贡献占主导地位。APEC会前BC、WASO、INSO、DUST质量浓度分别为0.8 μg/m3、139.6 μg/m3、184.2 μg/m3、194.3 μg/m3,APEC会中四种成分质量浓度分别为1.1 μg/m3、56.4 μg/m3、40.3 μg/m3、7.8 μg/m3,APEC会后质量浓度分别为1.0 μg/m3、126.6 μg/m3、157.1 μg/m3、30.9 μg/m3,除了BC成分在会议期间没有显著变化外,会中WASO、INSO、DUST成分的质量浓度数值明显低于会前和会后,,这说明APEC会议期间北京地区采取的保障措施对空气质量提升起到了较好的作用。利用AE-51黑碳仪对反演的BC质量浓度进行验证,发现遥感反演的BC质量浓度与在位观测具有良好的一致性,相关系数R2=0.68。     

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。     

偏振遥感图像的大气校正

为了实现对遥感图像快速、精确的大气校正,提出了一种联合偏振光强度信息和偏振度信息的图像大气校正算法。该算法首先采用矢量偏振辐射传输模型（vectorized linearized discrete ordinate radiative transfer, VLIDORT）建立一个由观测几何、目标偏振信息、大气条件、气溶胶模式等参数组成的查找表,然后通过查找表插值方法对输入的图像进行大气校正。实验结果表明,偏振图像大气校正算法在雾天成像条件下,使得图像对比度提高了41.84%,图像信息熵值提高了0.44,很好地去除了雾对图像的影响。进而说明偏振图像大气校正算法能够很好地还原目标强度信息和偏振度信息,提高图像的对比度,增加图像的信息熵值。