基于Himawari-8_AHI数据的气溶胶光学厚度反演和沙尘监测研究

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1、密级:博士学位论文基于Himawari-8/AHI数据的气溶胶光学厚度反演和沙尘监测研究作者姓名：佘璐指导教师:薛勇研究员中国科学院遥感与数字地球研究所学位类别:理学博士学科专业:地图学与地理信息系统培养单位:中国科学院遥感与数字地球研究所2018年6月AerosolRetrievalandDustDetectionoverLandfromHimawari-8/AHIdataADissertationSubmittedtoTheUniversityofChineseAcademyofSciencesInpartialfulfillme

2、ntoftherequirementForthedegreeofDoctorofPhilosophyBySheLuSupervisor：ProfessorXueYongInstituteofRemoteSensingandDigitalEarth,ChineseAcademyofSciencesJune2018中国科学院遥感与数字地球研究所学位论文原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。论文中凡引用他人已经发表或未发表的成果、数据、观点等，均已明确注明出处。

3、除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人承担。论文作者签名：日期：年月日学位论文使用授权说明本人在导师指导下完成的论文，知识产权归属中国科学院遥感与数字地球研究所。本人完全了解中国科学院遥感与数字地球研究所关于收集、保存、使用学位论文的规定，同意研究所保存或向国家有关部门及机构送交论文的印刷版和电子版，允许论文被查阅和借阅；同意授权研究所采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存和汇编本学位论文。本人保证毕业后，

4、以本论文数据和资料发表论文（著作）或使用论文工作成果时，第一署名单位为中国科学院遥感与数字地球研究所，并征得导师同意。保密论文在解密后遵守此规定。论文作者签名：导师签名：日期：年月日摘要摘要陆地上空的大气气溶胶遥感反演一直是大气环境研究的热点问题，也是一项具有挑战性的科学问题。多年来学者们对气溶胶反演算法进行了大量的探索，然而目前国际上成熟的算法和产品大都是基于极轨卫星观测数据，其观测频次有限，单景影像覆盖范围较低，难以满足对时空变化巨大的大气气溶胶的研究需求。新一代静止卫星Himawari-8搭载的新型传感器AdvancedHima

5、wariImagery（AHI）具有极高的观测频次和多波段设置，对于气溶胶的时空变化研究尤其是沙尘气溶胶的动态监测具有极大的优势。本文针对AHI数据特征，构建了基于多时相观测和最优估计技术的气溶胶光学厚度（Aerosolopticaldepth，AOD）反演算法（AerosolRetrievalalgorithmbasedonmultipleobservationsandOptimalEstimationtechnique，AR-OE），并利用AHI热红外观测数据以及反演的气溶胶光学厚度构建了针对中国大陆地区的沙尘识别方法和沙尘指数。

6、本文从大气辐射传输模型出发，通过耦合地表二向性反射率分布函数（BidirectionalReflectanceDistributionFunction，BRDF）构建了非朗伯前向模型。基于地表BRDF特性稳定即短时间内不变的假设，通过联合使用多时相的卫星观测，并引入地表BRDF形状先验知识以约束地表变量，构建了基于最优估计技术的气溶胶反演算法。在气溶胶模型的选取上，本文利用地基AErosolROboticNETwork（AERONET）站点长时间的气溶胶特性参数观测数据，利用聚类分析方法构建了代表研究区典型气溶胶特征的六种气溶胶类型，

7、用于支撑气溶胶反演。为了验证算法的可行性，本文利用2016年3月-2017年2月期间共12个月的AHI数据对AR-OE反演算法进行测试，并利用研究区域内48个地基AERONET站点的观测数据对AOD反演结果进行了系统验证。验证结果表明，AR-OE算法对于不同类型地表下垫面均有较好的适用性，能应用于不同的大气状况的AOD反演。与MODerate-resolutionImagingSpectroradiometer（MODIS）Collection6版气溶胶产品的比较显示，两者反演的AOD空间分布具有良好的一致性；与日本气象局（Japan

8、MeteorologicalAgency，JMA）官方发布的基于AHI1摘要数据反演的Level2气溶胶产品（JMA-AOD）相比，AR-OE反演结果（OE-AOD）具有更大的覆盖度，尤其是对于亮地表地区和太阳角度较大的