卷云光散射特性研究及反射率反演

摘要

卷云是由各种形状的冰晶粒子组成的。卷云对大气辐射平衡、遥感探测、光电仪器预警、目标识别等具有重要的影响，因此对卷云的散射辐射特性研究，以及遥感反演卷云的参数是大气光学领域研究的热点之一。本论文针对卷云的光散射性质，以及卷云反射率遥感反演等问题进行研究；深入分析了非球形冰晶粒子的光散射性质和卷云平均光散射性质，以及卷云反射率反演算法等理论，计算了卷云的散射特性参数及卷云的反射率。主要的工作内容为：
　　1.分析了MODIS(中分辨率成像光谱仪)仪器的扫描原理，并且对仪器通道生成的层次结构型数据格式HDF进行了描述；研究了Van De Hulst（范德哈尔斯）反常衍射法（ADT）计算非球形冰晶粒子单次散射性质的理论方法；利用此方法计算了1.375μm和0.55μm波段单个冰晶粒子的光散射特性。
　　2.研究了合成散射波强度的可加性原理，基于卷云平均散射性质定义，计算了卷云层的平均光学散射特性参数：平均非对称因子、平均吸收效率因子、平均消光效率因子；分析了2.75μm、0.55μm和1.375μm波段的卷云散射性质随有效尺度的变化关系。
　　3.分析了ENVI遥感信息处理软件对MODIS数据的预处理过程以及辐射校正后导出数据的过程；研究了三种卷云和高云的检测算法，并且利用MODIS遥感数据图像进行了云检测实例计算；对比MOD35_2L云掩膜信息可以说明云检测的结果比较理想，同时分析了影响云检测结果的因素，如海拔高度、冰雪分布、地表类型、气候模式等。
　　4.分析了地球大气系统简化模型，对卷云反射率反演算法进行简化与推导，提出了一种基于地气系统模型的简化反演算法；研究了卷云反射率反演算法实现过程，并且利用MODIS_1B辐射校正后数据反演计算了可见光波段卷云反射率；计算结果表明：在对应的第16块子图元中，可见光波段卷云反射率在多数像素点都小于0.4392；给出了六条可能影响反射率计算结果的因素。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第一章 绪论

1.1 课题研究的背景及意义

1.2 卷云光散射特性和遥感反演研究的国内外现状

1.3 本论文主要的研究内容

第二章 卷云微观特性综述及MODIS数据介绍

2.1 卷云的微观特征描述

2.2 MODIS数据介绍

2.3 本章小结

第三章 非球形冰晶粒子光散射特性计算

3.1 非球形粒子散射性质计算理论

3.2 冰的复折射率

3.3 冰晶粒子单次散射性质的近似计算

3.4 本章小结

第四章 卷云的散射性质计算

4.1 合成散射波强度的原理

4.2 卷云中冰晶粒子的分布

4.3 卷云平均单次散射特性

4.4 计算结果

4.5 本章小结

第五章 MODIS遥感图像预处理及云检测

5.1 ENVI软件概述

5.2 MODIS遥感图像预处理

5.3 云检测算法

5.4 MODIS数据图像的云检测实例

5.5 本章小结

第六章 高空薄卷云反射率反演

6.1 遥感反演基本理论介绍

6.2 卷云反射率反演方法

6.3 计算结果分析

6.4 本章小结

第七章 总结与展望

7.1 工作总结

7.2 工作展望

致谢

参考文献

攻读硕士期间取得的研究成果