城市地区高分辨率气溶胶遥感反演研究

摘要

大气气溶胶在气候变化和环境污染中起着至关重要的作用，尤其是对于当前的热点问题：全球气候变暖、大气污染溯源和雾霾监测。而城市地区作为人口聚集区，其气候变化与大气污染状况受到人们的广泛关注，因此，城市地区的气溶胶反演是当前的一个研究热点。但是由于城市地区地表结构复杂，暗像元算法及其改进算法确定地表反射率的方法并不适合城市地区。而且当前气溶胶产品的空间分辨率普遍较低，对于城市地区来说，其气溶胶空间变化激烈，较低空间分辨率的数据并不能满足气溶胶反演的需求。针对当前城市地区气溶胶反演存在的问题，本文对城市地区高分辨气溶胶反演方法进行了研究，主要研究工作如下：
　　(1)提出了基于分段的反演算法，该算法根据遥感图像的特点以及地物的波谱特性，首先选择受气溶胶影响较小的波段，然后根据每个像元在这些波段的表观反射率，将它们分割成不同的区段，再将区段集合分为基准和非基准两部分。针对基准部分，利用辐射传输方程以及查找表，通过每个区段的清洁像元，从而实现气溶胶的反演，对于非基准部分，根据基准区段的结果以及地物空间上的相关性，通过将影像划分为多个网格，从而实现气溶胶的反演。
　　(2)利用高分辨率数据LANDSAT-8的OLI(Operational Land Imager)资料，选取北京、徐州等城市地区，采用基于分段的算法和暗像元算法，对所选地区的多时相影像进行了实验，同时与地面观测网 AERONET的数据进行了验证与相关性分析，并对两种方法进行对比分析。分析表明：在城市地区，相比于暗像元算法，基于分段的算法具有更好的适用性，且其精度也更高，其中，新算法站点处的结果绝对误差的绝对值都小于0.133，而暗像元算法则全部大于0.162。
　　(3)利用 MODIS数据，采用新的反演算法对气溶胶进行了实验，同时结合地面观测数据，对MOD04_3K产品和新方法反演结果进行了验证。通过验证发现MOD04_3K产品在城市地区的结果偏差较大；新算法的结果相比于气溶胶产品更为准确，但是城市地区缺失较为严重。同时对两种结果进行了整体的分析，经分析发现二者整体的趋势一致，并且差别不大。
　　通过上述研究分析，表明对于城市地区高分辨率气溶胶反演，无论是在反演范围还是精度上新算法都优于暗像元算法，而相比于对时间分辨率要求很高的深蓝算法，新算法也适用于时间分辨率低的遥感影像。

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第一章 绪论

1.1研究目的和意义

1.2国内外研究现状

1.3城市地区高分辨率气溶胶遥感反演的难点分析

1.4研究内容与总体结构

第二章 数据源及气溶胶遥感反演方法分析

2.1数据源

2.2气溶胶遥感反演方法分析

2.3大气辐射传输模型

2.4查找表的建立

2.5本章小结

第三章 城市地区高分辨率气溶胶遥感反演方法研究

3.1城市地区气溶胶反演分析

3.2基于分段的气溶胶反演算法

3.3气溶胶反演影响因素分析

3.4本章小结

第四章 基于OLI高分辨率数据的气溶胶光学厚度反演研究

4.1实验区域选择

4.2分段气溶胶反演算法的反演实验

4.3暗像元算法的气溶胶反演试验

4.4两种算法反演结果对比分析

4.5本章小结

第五章 基于MODIS数据的气溶胶光学厚度反演研究

5.1利用MODIS数据的气溶胶反演方法分析

5.2基于MODIS数据的分段反演方法研究

5.3与MODIS气溶胶产品和地面观测数据的对比验证

5.4中分辨率数据和高分辨率数据气溶胶反演的优缺点分析

5.5本章小结

第六章 总结与展望

6.1总结

6.2展望

致谢

参考文献

攻硕期间取得的研究成果