利用扩展暗像元法和V5.2算法反演兰州地区气溶胶光学厚度
这是一篇关于气溶胶光学厚度,MODIS,6S模式,扩展暗像元方法,V5.2算法的论文, 主要内容为气溶胶光学厚度是气溶胶最重要的参数之一，也是表征大气浑浊度的重要物理量。近年来利用卫星遥感反演气溶胶光学厚度已取得了很多成果，在植被浓密的地区，红、蓝波段光谱的地表反射率较低，这类区域的气溶胶光学厚度反演已达到较高的精度。但是，对于干旱、半干旱下垫面以及城市下垫面等高反射率地区，气溶胶光学厚度的反演依然是个难题。主要原因是由于上述地区的地面特性复杂，地表的非均一性使得地表反射率的精确确定十分困难。 本文重点研究了干旱、半干旱以及城市下垫面条件下的气溶胶反演问题。研究中采用了Terra(Aqua)／MODIS的卫星资料，通过Kaufman提出的扩展暗像元方法和R．C．Levy等人提出的V5．2算法，对兰州及周边地区的气溶胶光学厚度进行了反演。并且利用兰州大学测点的地面光度计观测结果，与反演结果进行了比较。主要的结论有： (1)地面光度计的观测结果显示，气溶胶光学厚度的大值集中在冬、春季节，进入夏季以后，污染减轻，空气质量较好，此时的气溶胶光学厚度相对比较小。 (2)利用扩展暗像元方法和新的V5．2算法反演的兰州及周边区域气溶胶光学厚度分布趋势基本一致，从气溶胶光学厚度的分布图来看，在兰州市区反演得到的气溶胶光学厚度相对较大，主要原因是城市污染比较严重，兰州的河谷地形，不利于污染物的扩散。从春季部分资料的反演情况来看，一般地，光学厚度大值区位于西固区，同时兰大所处的城关区也是光学厚度较大的区域。 兴隆山地区，森林覆盖率高，但是春季有些日期反演情况与实际情况不是很符合，该区域的光学厚度反演值异常偏大。原因可能是受到兴隆山山顶积雪或者云的影响，使得反演方法不太适用。对于兰州周边的县镇，部分日期的反演出现光学厚度较大值，可能与局地污染有关。 (3)将利用卫星资料反演的光学厚度与光度计观测分析结果进行了比较分析。利用扩展暗像元方法得到的14天的反演结果中，反演值与观测值最为接近的是2007年3月27日，二者的相对误差为-0.03％；有8天的反演结果相对误差较小，小于20％，绝对误差的绝对值有8天小于0.100，气溶胶光学厚度反演的平均相对误差为8.49％。而利用V5．2算法所反演的11天个例中，有3天的反演结果相对误差较小，小于20％，绝对误差的绝对值有4天小于0.100，气溶胶光学厚度反演的平均相对误差为24.89％。
基于MODIS遥感数据的环渤海地区气溶胶光学厚度获取及应用研究
这是一篇关于大气气溶胶,环渤海地区,气溶胶光学厚度,MODIS,时空演变的论文, 主要内容为大气气溶胶在地球辐射平衡中扮演很重要的角色。气溶胶通过散射和吸收太阳辐射影响了地气系统的辐射收支平衡,是气候变化研究中的重要因子,同时对人类健康也至关重要,气溶胶光学厚度是气溶胶最重要的参数之一,是表征大气浑浊度的重要物理量。随着经济的快速发展,环渤海地区作为继长江三角洲、珠江三角洲之后经济高速增长、三大城市群之一的地区,对气溶胶光学特性研究尤为重要。 本文研究了卫星遥感反演气溶胶光学厚度算法,包括暗像元法,对比方法等,利用NASA所发布的2001-2009年MODIS Level 2气溶胶产品数据,获取了环渤海地区气溶胶光学厚度数据,在经过适用性分析基础上,研究了环渤海地区气溶胶光学厚度分布的时间变化和空间分布特点,同时也分析了影响该区域气溶胶光学厚度分布的因素。结果显示,在空间上,该区域的辽宁省中南部地区、河北省中南部地区、北京市东南部地区以及天津市区等区域,同时包括一些城市的市区等区域是气溶胶光学厚度值较大区域;而森林、草地覆盖率较高的长白山山区、太行山地区,以及张北高原等是气溶胶光学厚度值较低地区。时间上,从多年上看,该地区气溶胶光学厚度值呈现波动性,2003年最大,2009年最小的特点;从季节上看,夏季达到最大,AOD多年平均值为0.62,其次是春季,AOD多年平均值为0.58,再者是秋季,AOD多年平均值为0.36,而冬季最小,AOD为0.27的显著规律。AOD从春季到夏季呈现增加的趋势,在夏季达到极大值后,开始变小,在冬季达到最小值。从月份上看,环渤海地区气溶胶光学厚度值在七月份达到最大,AOD多年平均值为0.78;而最小月份12月AOD仅为0.25,从1月到6月呈现逐渐增加的趋势,到6月达到最大值,之后又逐步降低,到12月达到一年中的最小值。 在此基础之上,分析了气溶胶光学厚度与土地利用/覆被变化(LUCC)、地形地貌、等之间的关系,发现气溶胶光学厚度低值区主要位于草地、林地地区,并且地势较高地区;气溶胶高值区主要位于城镇密集区、农业用地以及地势较低的平原地区、盆地等。这些结果为气候研究和环境研究提供了重要的基本数据。
利用扩展暗像元法和V5.2算法反演兰州地区气溶胶光学厚度
这是一篇关于气溶胶光学厚度,MODIS,6S模式,扩展暗像元方法,V5.2算法的论文, 主要内容为气溶胶光学厚度是气溶胶最重要的参数之一，也是表征大气浑浊度的重要物理量。近年来利用卫星遥感反演气溶胶光学厚度已取得了很多成果，在植被浓密的地区，红、蓝波段光谱的地表反射率较低，这类区域的气溶胶光学厚度反演已达到较高的精度。但是，对于干旱、半干旱下垫面以及城市下垫面等高反射率地区，气溶胶光学厚度的反演依然是个难题。主要原因是由于上述地区的地面特性复杂，地表的非均一性使得地表反射率的精确确定十分困难。 本文重点研究了干旱、半干旱以及城市下垫面条件下的气溶胶反演问题。研究中采用了Terra(Aqua)／MODIS的卫星资料，通过Kaufman提出的扩展暗像元方法和R．C．Levy等人提出的V5．2算法，对兰州及周边地区的气溶胶光学厚度进行了反演。并且利用兰州大学测点的地面光度计观测结果，与反演结果进行了比较。主要的结论有： (1)地面光度计的观测结果显示，气溶胶光学厚度的大值集中在冬、春季节，进入夏季以后，污染减轻，空气质量较好，此时的气溶胶光学厚度相对比较小。 (2)利用扩展暗像元方法和新的V5．2算法反演的兰州及周边区域气溶胶光学厚度分布趋势基本一致，从气溶胶光学厚度的分布图来看，在兰州市区反演得到的气溶胶光学厚度相对较大，主要原因是城市污染比较严重，兰州的河谷地形，不利于污染物的扩散。从春季部分资料的反演情况来看，一般地，光学厚度大值区位于西固区，同时兰大所处的城关区也是光学厚度较大的区域。 兴隆山地区，森林覆盖率高，但是春季有些日期反演情况与实际情况不是很符合，该区域的光学厚度反演值异常偏大。原因可能是受到兴隆山山顶积雪或者云的影响，使得反演方法不太适用。对于兰州周边的县镇，部分日期的反演出现光学厚度较大值，可能与局地污染有关。 (3)将利用卫星资料反演的光学厚度与光度计观测分析结果进行了比较分析。利用扩展暗像元方法得到的14天的反演结果中，反演值与观测值最为接近的是2007年3月27日，二者的相对误差为-0.03％；有8天的反演结果相对误差较小，小于20％，绝对误差的绝对值有8天小于0.100，气溶胶光学厚度反演的平均相对误差为8.49％。而利用V5．2算法所反演的11天个例中，有3天的反演结果相对误差较小，小于20％，绝对误差的绝对值有4天小于0.100，气溶胶光学厚度反演的平均相对误差为24.89％。
基于CALIPSO星载激光雷达的云南地区气溶胶特性研究
这是一篇关于CALIPSO,气溶胶光学厚度,垂直分布的论文, 主要内容为近几年,我国经济发展较快,与此同时,大部分城市的空气质量也逐渐下降,大气中含有的气溶胶颗粒,其光学厚度在一定程度上能反映出空气质量的污染状况。因此,了解气溶胶的分布、气溶胶的特性、气溶胶的辐射效应和环境效应具有重要的现实意义。本论文选取了 NASA的CALIPSO激光雷达和AERONET观测网的气溶胶数据,时间跨度为2013年-2015年,对云南地区(21° N-30° N,97° E-107°E)的气溶胶分布进行了时间、空间以及垂直方向上的研究,主要结论如下:(1)将CALIPSO气溶胶产品与CE318气溶胶数据进行对比分析,结果显示二者在时空分布上的趋势较为一致,但CALIPSO比CE318的值略低。(2)整个云南省的AOD普遍较低,AOD的空间差异显著,总体呈北低南高的趋势。(3)云南地区出现烟尘气溶胶的频率较大,其次是污染性沙尘气溶胶,几乎没有清洁性大陆气溶胶和清洁的海洋气溶胶。(4)云南春季气溶胶的贡献主要来自于4-6km高度的大气。0-2km高度,散射系数平均值在夏季最大,这表明气溶胶的贡献主要来自于近地表。秋季和冬季各个高度层衰减后向散射系数均值都最小。(5)夏季不规则颗粒物较多,而春季规则颗粒物较多。(6)气溶胶的颜色比值主要集中在0.47-0.53。4-6km高度范围内的颗粒物粒径大于0-4km高度范围,一方面是受沙尘气溶胶影响,另一方面也可能是受到高层薄云粒子的干扰,导致4-6km颜色比值较其他两层稍大。(7)四个季节的气溶胶消光系数的最高值均出现在0.5km以下高度范围内,且与0.5km以下高度范围内出现的相对湿度最大值和逆温层对应良好。(8)2014年1月19日,在1-2.3km之间,云南地区气溶胶浓度最大,散射也最强,随着高度的增加,气溶胶浓度减小。4km高度范围以内,主要存在的是不规则的细颗粒物。1月19日主要以烟尘气溶胶为主。风速很小或者静风天气下容易造成气溶胶浓度的积累,相对湿度的变化会导致较大的气溶胶消光系数的出现,逆温可能会造成多层气溶胶垂直结构的形成。
基于空间无缝气溶胶光学厚度的卫星观测仿真研究
这是一篇关于气溶胶光学厚度,空间无缝,卫星观测仿真,随机森林的论文, 主要内容为基于大气辐射传输理论的卫星传感器星上观测值仿真是为处于设计阶段的可见光波段传感器载荷确定动态范围的有效手段。受限于野外实地获取的“点状”大气参数覆盖范围小、时间分辨率低的缺陷,传统的基于实测大气参数的方式无法实现大范围、高时间分辨率的卫星传感器星上观测仿真。卫星反演得到的水汽、臭氧及气溶胶光学厚度等产品虽然可为仿真提供“面状”的大气状态信息,但其中的关键参数气溶胶光学厚度易受到云雾影响,存在大量非随机性缺失。针对这些问题,本文开展了以下研究工作:(1)提出了一种可同时对日、月辐射进行大范围模拟的可见光波段卫星传感器星上观测值仿真方案。以精度较高的MODIS地表反射率产品作为输入,结合大量典型地物光谱,为待仿真传感器生成高精度的地表反射率背景场。卫星传感器观测辐亮度仿真值与MODIS和VIIRS DNB通道的实测值之间的均方根误差分别为1.94和1.07 W·m-2·sr-1。同时,仿真结果表明VIIRS DNB通道的动态范围主要集中在[10-6 W?m-2·sr-1,103 W?m-2·sr-1];(2)构建了一种基于随机森林的较高精度气溶胶光学厚度(Aerosol Optical Depth,AOD)填补模型。以时间分辨率较高的Himawari-8先进葵花成像仪(Advanced Himawari Imager,AHI)的气溶胶光学厚度作为标签值,结合一系列大气参数、地表参数,对比了三种随机森林模型的构建方式在气溶胶光学厚度填补模型中的表现,结果表明分地方时的建模方式具有最高的模型精度,均方根误差为0.04-0.13。对多种输入参数组合的测试结果表明在MERRA-2 AOD的基础上增加一些容易获取的参数(如年积日、经纬度)可以显著提高算法精度。基于AERONET站点实测AOD对填补后AOD进行了验证,验证结果的均方根误差为0.14-0.34。(3)基于MODIS第4通道及VIIRS DNB通道真实星上观测值对比了分别使用填补后的AHI AOD及MERRA-2 AOD表征大气状态的卫星传感器星上观测值仿真结果。验证结果表明基于填补后AOD的仿真结果在西北研究区和南方研究区均与真实的卫星传感器星上观测值有较高的一致性,相对误差在5%以内的像元分别占总像元数目的73.4%-89.7%及75.4%-83.6%。基于MERRA-2 AOD的仿真结果在西北研究区出现高估,在南方研究区的春、秋两季出现低估。
寿县地区大气气溶胶光学特性反演方法研究
这是一篇关于寿县,太阳光度计,气溶胶光学厚度,Angstr(?)m参数,粒子谱分布的论文, 主要内容为气溶胶是地气系统的重要组成部分,它的存在使气候变化评估变得不确定。此外,气溶胶还影响着气候、人体健康、空气、生态等。为了实现国产太阳光度计的自动化反演,本文提出针对PSR型太阳光度计的气溶胶光学参数反演算法,并以寿县为例,对测量数据进行处理与分析。寿县地处淮河中游,有着大片农田下垫面,是黄淮农业生态区块的典型区。近些年来,经济高速发展,城市化进程不断加快,由于所处地理位置比较特殊,寿县同时受到自然和人为气溶胶的影响。不同天气形势下北侧京津冀污染区、西侧汾渭平原污染区、东侧长三角重污染区的污染物都有可能向该地区进行传输。关于寿县气溶胶光学特性方面的研究较少,且AERONET寿县观测站点仅有2008年5月至12月的气溶胶光学相关数据,这些数据比较陈旧,且观测时间较短,不利于进行长时间的统计分析。在此基础上,有必要研究寿县气溶胶特性,这对了解当地气溶胶污染水平,进一步研究其导致的区域和全球气候系统变化有重要意义。本文通过使用部署在寿县国家气候观象台的PSR型太阳光度计从2020年3月到2021年2月的测量数据进行研究。使用本文提出的算法对PSR测量数据进行反演,与SONET反演的AOD值进行对比,验证算法的可靠性;使用两种云剔除方法对寿县的测量数据进行处理和反演,得出AOD,通过最小二乘回归计算波长指数α和大气浑浊度系数β;结合卫星测得单次散射反照率数据和中国气象局发布的空气质量数据进行分析;使用一种阈值划分方法来区分气溶胶的类型,分析各种类型的气溶胶在寿县大气中的占比;使用AERONET数据验证粒子谱反演算法的可靠性;采用正则化算法,对寿县地区典型天气条件下的数据、各个季节平均数据、年平均数据进行反演,得出气溶胶粒子谱分布曲线。研究发现:本文所提出的反演方法较为可靠;聚类法和多重法反演的气溶胶光学厚度值很接近,聚类法可以更准确地标记薄云,但可能会将一些有效数据点错误的标记成云污染数据;寿县地区气溶胶光度学厚度日变化较为典型的有平缓型、凸型和凹型三种类型;气溶胶光学厚度在冬季最高,夏季最低;春季既存在以粗粒子为主的情况也存在以细粒子为主的情况,冬季以人类活动产生的细粒子为主;寿县地区大气气溶胶单次散射反照率呈现春夏高秋冬低的特点;夏季大陆型气溶胶的占比远高于其他三个季节,空气相对干净,秋季和冬季城市-工业型气溶胶的百分比比春夏季高;空气质量为优时,寿县大气气溶胶粒子谱分布曲线的幅值很小,空气轻度污染时的大气气溶胶粒子谱分布曲线的幅值较大;各个季节粗粒子峰值变化不大,细粒子峰值变较大。说明寿县地区各个季节空气质量不同的原因主要在于细粒子含量,与人为污染有关。冬季大气气溶胶粒子含量明显高于其它三个季节,夏季气溶胶粒子体积谱幅值明显低于其它三个季节;气溶胶光学厚度可以反映出大气中气溶胶的含量。年平均粒谱分布能够形象的表现出寿县的气溶胶细粒子峰值较高,说明寿县大气受到工业化的影响,
基于MODIS数据与HJ星的气溶胶光学厚度反演研究
这是一篇关于MODIS,HJ-1,气溶胶光学厚度,PM10,PM2.5的论文, 主要内容为近年,空气质量污染的相关研究及治理已受到普遍关注,本文应大气环境质量的高分辨率、大范围、实时监测需要,运用经典暗像元法对南宁市MODIS、HJ星数据进行气溶胶光学厚度反演。得到2013年反演结果并与AERONET网站的观测数据进行精度验证,再进行相关内容的研究与分析。考虑到气溶胶模式很大一部分取决于气溶胶源涉及的成分以及周边地区的气溶胶类型,所以本次将南宁市所在北部湾地区的特殊地理位置、气候条件考虑在内。根据前人对AOD与PM地面监测值相关性的研究,本文也提出进行气溶胶厚度反演值与PM值拟合模型的建立,实现利用遥感反演进行大范围空气质量、PM含量的监测。最后,基于前人对气溶胶光学厚度与下垫面情况的探讨,本文将2013年南宁市土地覆被数据、数字高程数据与2011-2013年HJ星的气溶胶光学厚度反演值进行分析,研究不同季节下不同土地利用类型、不同高程下的气溶胶厚度值变化。其中对于MODIS数据受云层干扰大的特点,采用波段组合式的云掩膜算法预处理数据,而对于HJ星数据采用逐像元推算几何参数的方法进行数据处理。反演结果与AERONET(Aerosol Robotic Network)网站公布的2013年BacGiang(北江)、MuKdahan(穆达汉)和Hongkongpoly(香港)站的气溶胶观测结果进行精度验证。对比显示,两者的反演结果均能达到研究所要求的精度,其中MODIS反演结果相关系数为0.626,HJ星反演结果相关系数为0.764。且HJ星的反演精度比MODIS数据反演精度提高了10.45%。由于其特殊的地理位置以及受气候影响的关系,进行不同季节采用不同气溶胶模式进行反演研究。得出:采用的大陆型气溶胶模式反演的北部湾春、秋、冬季气溶胶光学厚度与AERONET网站上公布的结果具有好更的相似性,而采用的海洋型气溶胶模式反演的北部湾夏季气溶胶光学厚度与AERONET网站上公布的结果能更好的吻合。再利用此不同气溶胶模式对南宁市2004年、2006年、2008年、2010年进行反演。可以看出,自2006年气溶胶厚度高值向东南方向移动,并在2008、2010年呈现向周边扩散趋势。本文采用2013年10个月份的MODIS反演结果及南宁市环境监测站8个站点监测值进行分析,得出:AOD与PM2.5的相关性要大于AOD与PM10的相关性;对于AOD与PM2.5,夏、秋两季选用一元二次函数能更好的拟合,春季则适合用对数函数拟合,冬季用线性函数拟合;对于AOD与PM10,春、秋、冬三季均适合一元二次函数拟合,而夏季适合用对数函数拟合。从相关研究表明:春季农用地与城镇用地气溶胶值较高,其余用地气溶胶值较低;夏季高温,全市气溶胶厚度值整体有所下降;秋季城镇用地气溶胶厚度值仍较高,农用地气溶胶厚度值明显增加;冬季,城镇用地与农用地的气溶胶光学厚度有明显增加。而高程与气溶胶光学厚度呈现出负相关,气溶胶光学厚度随着高程的增加而减少。从总体看,平原地区气溶胶厚度值高于丘陵地区,这是由于本身平原地区开阔易于气溶胶扩散,但平原地区多分布城镇,故受气溶胶源的影响,123m以下平原地区气溶胶值明显高于其他地形。春季相对其他季节气溶胶厚度值随高程变化起伏较大,夏季由于受到春季气溶胶高值区影响,327m至486m处丘陵相对秋、冬季较高,但高值部分低于春季。秋季气溶胶光学厚度值整体随高程值的增加而减小,其中,0至123m处平原的气溶胶厚度值较高达到1以上,在123m至208m处平原气溶胶值下降较明显。冬季气溶胶厚度高值区整体较秋季有所下降,趋势与秋季相似,总体随高程值增加而降低。486m以上山地的气溶胶厚度值减小速度较秋季快。
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