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

摘要

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﹪。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章前言

1.1研究背景

1.1.1气溶胶的特性及研究意义

1.1.2气溶胶的遥感方法

1.2论文的内容

第二章相关数据的介绍及数据处理

2.1气溶胶光学厚度的地面观测以及计算方法

2.1.1气溶胶光学厚度的地面观测试验

2.1.2光谱消光法原理

2.1.3地面光度计的长期观测结果

2.2 MODIS卫星资料的说明及处理流程

2.2.1 EOS/MODIS仪器介绍

2.2.2 MODIS数据的格式、获取方法以及处理过程

第三章所用模式简介

3.1 6S辐射传输模式简要介绍

3.2 6S辐射传输模式的主要组成部分

3.3模式对吸收和散射的处理方法

3.4模式的运算方式

第四章气溶胶光学厚度反演方法介绍及敏感性试验

4.1应用于陆地气溶胶反演的辐射传输理论

4.2反演方法介绍

4.2.1暗像元方法

4.2.2扩展的暗像元方法

4.2.3新方法V5.2算法

4.3敏感性试验

第五章利用扩展暗像元方法和新V5.2算法进行兰州及周边地区气溶胶光学厚度的反演试验

5.1对反演过程的相关说明

5.2兰州及周边地区气溶胶光学厚度的反演

5.2.1利用扩展暗像元方法和V5.2算法对比反演的结果

5.2.2利用扩展暗像元法反演兰州及周边地区冬季气溶胶光学厚度

5.2.3利用两种方法反演的光学厚度的频率分布比较

5.2.4小结

5.3利用卫星资料通过两种方法反演的结果与地面光度计观测结果的对比及误差分析

5.4本章小结

第六章总结与讨论

6.1主要内容和结果

6.1.1主要内容

6.1.2主要结果

6.2讨论

参考文献

附表

在学期间的研究成果

致谢