大氣氣溶膠遙感反演研究進(jìn)展

1、 大氣氣溶膠遙感反演研究進(jìn)展隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，工業(yè)化和城鎮(zhèn)化進(jìn)程加速，環(huán)境承載壓力不斷加大，大氣污染問題日趨嚴(yán)重。在我國(guó)大多數(shù)地區(qū)，大氣氣溶膠已成為影響環(huán)境空氣質(zhì)量的首要污染物。大氣氣溶膠不僅對(duì)全球氣候變化產(chǎn)生影響, 而且影響到大氣環(huán)境質(zhì)量和人類身體健康。目前，大氣氣溶膠遙感反演研究已經(jīng)成為國(guó)際研究熱點(diǎn)之一。1/氣溶膠2/大氣氣溶膠遙感反演3/總結(jié)與展望氣溶膠：是懸浮于地球大氣之中具有一定穩(wěn)定性、沉降速度小、尺度在10-4m到100m的液態(tài)及固體粒子。氣溶膠來源： 自然因素：火山、沙塵暴、森林和草原火災(zāi)、活的陸地生物和海洋植物 人為因素：工業(yè)、 交通、 取暖燃燒的石油和煤炭、 土地覆蓋和

2、土地利用變 化、森林砍伐和沙漠化 氣溶膠氣溶膠“觀測(cè)觀測(cè)”的研究方向：的研究方向：1. 大大范圍范圍2. 高精度高精度 3. 多參數(shù)多參數(shù)遙感！遙感！氣溶膠觀測(cè)手段氣溶膠觀測(cè)手段 / 工具工具衛(wèi)星遙感衛(wèi)星遙感(寬覆蓋寬覆蓋) 多波長(zhǎng)多波長(zhǎng)(多角度多角度)輻射計(jì)輻射計(jì) : AVHRR, MODIS, MISR, 偏振儀偏振儀 : POLDER-1, 2, PARASOL, APS (2010),星載激光雷達(dá)星載激光雷達(dá) : CALIOP地面觀測(cè)地面觀測(cè)（高精度（高精度和多參數(shù)）和多參數(shù)）太陽太陽-天空輻射計(jì)網(wǎng)天空輻射計(jì)網(wǎng) : AERONET，Skynet, 激光雷達(dá)網(wǎng)激光雷達(dá)網(wǎng) : EARLIN

3、ET, CIS-LiNET, MPLNET, 太陽太陽-天空輻射計(jì)天空輻射計(jì)遙感監(jiān)測(cè)氣溶膠的基本原理： 入射輻射經(jīng)過氣溶膠粒子的散射和吸收作用后，性質(zhì)及強(qiáng)度發(fā)生變化， 因此， 通過測(cè)量入射輻射性質(zhì)的變化便可以反演氣溶膠粒子的特性。 在晴空的條件下，衛(wèi)星上探測(cè)到的輻射由下墊面反射的太陽輻射透過氣溶膠部分與氣溶膠多次散射返回太空的部分組成; 氣溶膠衛(wèi)星遙感， 需從衛(wèi)星遙感的輻射值中區(qū)分出哪些來自下墊面反射，多少是氣溶膠的多次散射值。 氣溶膠光學(xué)厚度指無云大氣鉛直氣柱中氣溶膠散射造成的消光程度。 監(jiān)測(cè)方法： 基于暗像元的單通道和多通道遙感結(jié)構(gòu)函數(shù)法多角度遙感偏振遙感單通道遙感：?jiǎn)瓮ǖ肋b感： Grig

4、gs發(fā)現(xiàn)在海洋和大的水體表面上空垂直反射出去的太陽輻射隨氣溶膠光學(xué)厚度的變化而近于線性增加，基于此線性關(guān)系建立了氣溶膠光學(xué)厚度的單通道反演方法。多通道遙感：多通道遙感：Kaufman等基于中紅外通道(2.12 m) 與紅(0.66 m)、藍(lán)(0.47 m) 通道關(guān)系提出暗目標(biāo)法，此方法已成功應(yīng)用于MODIS陸地氣溶膠反演。其基本原理是在濃密植被區(qū)及暗色土壤區(qū)，可見光的紅、藍(lán)波段地表反射率較低且與短波紅外波段存在線性相關(guān)關(guān)系。在短波紅外波段氣溶膠的散射吸收作用很小，假設(shè)氣溶膠光學(xué)厚度為0，衛(wèi)星觀測(cè)到的大氣層頂表觀反射率就是地表真實(shí)反射率。通過短波紅外波段的反射率推斷可見光波段的地表反射率，實(shí)現(xiàn)地

5、氣解耦，然后通過選擇合適的氣 溶 膠 模 型 和 輻 射 傳 輸 模 型 通 過 建 立 查 找 表 進(jìn) 行 反 演 。 基于暗目標(biāo)的單通道和多通道遙感 結(jié)構(gòu)函數(shù)法是早期研究陸地污染氣溶膠采用的衛(wèi)星遙感算法。該算法假設(shè)同一個(gè)地區(qū)一段時(shí)間內(nèi)地表反射率是不變的，利用“清潔日”大氣作為參考，反演“污染日”大氣的氣溶膠光學(xué)厚度。 原理：多角度氣溶膠遙感針對(duì)大氣和地表對(duì)大氣層頂衛(wèi)星信號(hào)貢獻(xiàn)的比率隨不同觀測(cè)角度而不同這一特性，將兩者分離出來，適用于沙漠等亮地表，為氣溶膠遙感提供了新的思路。其中，基于 AATSR 和 MISR 的氣溶膠反演方法是近年來多角度遙感氣溶膠中最具代表性的方法。AATSRMISR通

6、道數(shù)（m）0.55，0.66，0.87，1.6， 3.7，11，120.446，0.558，0.672，0.886觀測(cè)角度0，550，26.1，45.6， 60，70.5掃描寬度500km360km分辨率1km1km（底向） 1.5km2km（前向）0.275km0.275km 1.1km1.1km 與 相關(guān)參數(shù)基于AATSR的多角度算法ATSR-DV算法基于AATSR的多角度算法ATSR-DV算法基于MISR的多角度遙感對(duì)于深海區(qū)，MISR 采用的氣溶膠反演算法類似傳統(tǒng)的暗像元法，對(duì)于氣溶膠光學(xué)厚度大的區(qū)域，算法會(huì)加入446和558nm 通道的光譜信息以去除任何不確定的來自海洋表面短波反射輻

7、射的影響。在進(jìn)行陸地氣溶膠反演計(jì)算時(shí)，是通過構(gòu)造一系列與觀測(cè)角度相關(guān)的經(jīng)驗(yàn)正交函數(shù)（EOF）來模擬地表的反射率隨觀測(cè)角度的變化，利用空間對(duì)比和觀測(cè)信號(hào)中的角度變化信息來區(qū)分地表和大氣的貢獻(xiàn)，最后通過最小化方差的方法來估算出AOD。去除地表信息時(shí)較為困難，并且輻射強(qiáng)度隨地表狀況的改變非常敏感，這就影響了氣溶膠信息提取時(shí)的精確度。因此人們需要一種對(duì)地表反射率響應(yīng)較小且觀測(cè)信息中主要包含大氣氣溶膠信息的觀測(cè)方式，偏振測(cè)量能滿足上述要求。除此之外，偏振反射率對(duì)波段變化十分不敏感，對(duì)粒子特性較為敏感，使得偏振探測(cè)成為近年來氣溶膠觀測(cè)發(fā)展最快的方式。 偏振輻射只對(duì)氣溶膠粒子特性敏感，偏振信息有助于氣溶膠特性的提取，可以更好的反演氣溶膠的光學(xué)特性。利用這種方法可以同時(shí)反演氣溶膠光學(xué)厚度和氣溶膠粒子的有效粒徑。1. 近年來，隨著高光譜分辨率的傳感器的出現(xiàn)，使陸地氣溶膠的遙感成為可能。由于陸地地表不均一性，對(duì)太陽短波輻射的反射值依目標(biāo)不同有很大差異。目前為止還沒有較好的普適的陸地氣溶膠遙感算法。2. 多角度算法利用衛(wèi)星信號(hào)中的角度信息能夠更好地剔除地表和大氣的貢獻(xiàn)，適用于沙漠等高亮地表，同時(shí)還可以區(qū)分出一些氣溶膠粒子的形狀。由于多角度算法在一些地區(qū)的運(yùn)用還有局限性，它作為一種新的反演思路，還需要進(jìn)一步拓展到多種地表覆蓋進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。3. 進(jìn)一步研究偏振特性，充分利用偏振遙