基于像元分解的MODIS气溶胶光学厚度反演研究

摘要

大气气溶胶是大气中悬浮的如烟、尘埃以及水和冰组成的云雾滴、雨雪和冰晶等各种固体和液体粒子的组合体系。大气气溶胶分布很广，它具有复杂的物理和化学变化，对全球的气候和环境质量有着非常大的影响。由于气溶胶时空分布大，相较于地基遥感，卫星遥感具有一定的优越性。目前，利用卫星遥感对气溶胶光学厚度反演的研究很多，其中研究方法较成熟、较广泛的就是MODIS卫星反演方法。在算法的研究方面主要侧重于如何准确地获得地表反射率，以此提高MODIS卫星遥感气溶胶光学厚度的反演精度，这成为了目前国内外学者需要研究解决的问题。
　　论文的研究内容和主要结论包括以下几个方面:
　　(1)本文根据大气气溶胶光学厚度反演的基本原理，提出一种基于像元分解法确定地表反射率，结合MODIS数据进行气溶胶光学厚度反演的方法。首先，将MODIS地表反射率日数据筛选后进行季节分类，得到春、夏、秋、冬四季的地表反射率均值;然后通过目视解译，选取出建筑物、林地、耕地和水体四类地物端元;接着确定出每一种地物端元在红光或者蓝光波段地表反射率与2.1μm波段地表反射率之间的比例关系;最后，对不同季节的地表反射率产品进行了像元分解，以获得不同地物端元所占每个像元的比例，再结合MODISL1B数据于2.1μm波段的表观反射率，确定出红光或者蓝光波段地表反射率。在确定红光或者蓝光波段地表反射率之后，利用6S辐射传输模型构建查找表，对本文的研究区进行气溶胶光学厚度反演。
　　(2)本论文将基于像元分解法确定的地表反射率与传统暗像元法和MODIS V5.2算法确定的地表反射率进行比较分析。总的来说，基于像元分解法确定的地表反射率较大于上述两者方法确定的地表反射率，特别是建筑物集中的城市地区。而在植被浓密的林地地区，三种方法确定的地表反射率较接近。
　　(3)利用地面观测数据对实验结果进行了验证。分析得出，本文基于像元分解法的气溶胶光学厚度反演结果与传统的暗像元法和MODIS V5.2算法的反演结果有较好的相关性，说明本算法具有可用性。基于像元分解法得到的气溶胶光学厚度的反演结果偏小于传统暗像元法和MODIS V5.2算法得到的结果。结合地面观测数据进行验证，结果表明，三种方法中，基于像元分解的反演方法与地面观测数据的相关性最高，R2为0.8731;其次是MODIS V5.2算法，R2为0.8068;相关性最低的是传统暗像元法，R2为0.7037。并且，像元分解法，MODIS V5.2算法，传统暗像元法得到的气溶胶光学厚度反演结果落在误差范围内的点占总反演结果的比例分别是:78.94％，60.52％和35.52％。相较于MODIS V5.2算法和传统暗像元法，基于像元分解的方法具有更好的反演结果。

目录

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论文说明

摘要

图目录

表目录

第1章 绪论

1．1 选题背景及研究意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 气溶胶地基遥感研究进展

1．2．2 气溶胶卫星遥感研究进展

1．2．3 MODIS卫星遥感反演气溶胶光学厚度国内外研究现状

1．3 研究目标与研究内容

1．3．1 研究目标

1．3．2 研究内容

1．3．3 研究技术路线

第2章 数据源与数据预处理

2．1 研究区概况

2．2 研究数据资料

2．2．1 MODIS遥感数据

2．2．2 气溶胶地面观测数据

2．3 数据预处理

2．3．1 MODIS数据预处理

2．3．2 地面观测数据预处理

第3章 基于像元分解的MODIS陆地气溶胶反演方法研究

3．1 气溶胶反演算法基本原理与气溶胶模式

3．1．1 气溶胶光学厚度反演基本原理

3．1．2 大气辐射传输模式

3．1．3 气溶胶模式的分析和确定

3．2 算法关键问题研究

3．2．1 像元分解

3．2．2 地表反射率的确定

3．2．3 查找表的构建

3．3 气溶胶光学厚度的反演结果

第4章 气溶胶光学厚度反演结果的比较与验证

4．1 简述

4．2．1 传统暗像元法气溶胶光学厚度反演

4．2．2 MODIS V5．2气溶胶光学厚度反演方法

4．3 地面观测数据的验证

4．3．1 地面观测数据对基于像元分解反演结果的验证

4．3．2 三种算法反演结果比较

第5章 结论与展望

5．1 结论

5．2 不足与展望

参考文献

致谢