《卫星气象学》word版

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1、基于MODIS数据的城市地区气溶胶光学厚度遥感反演算法研究摘要:气溶胶在地球大气辐射收支平衡和全球气候变化中扮演着非常重要的角色，气溶胶光学厚度作为其最重要的参数之一，是表征大气混浊度的重要物理量，也是确定气溶胶气候效应的一个关键因子，因此精确探测气溶胶光学厚度对于研究气候变化具有重要意义。与传统的地基探测方法不同，卫星遥感反演方法具有面积覆盖广、信息获取方便、快捷等特点，能更高效地获取大气气溶胶信息，摆脱了地基探测方法只是获取空间点上的数据，不能反映大区域气溶胶时空分布的缺点，为人们实时了解大区域

2、范围内的气溶胶变化提供了可能。本文总结了国内外遥感反演气溶胶光学厚度的算法，并且在具体的实践中把各种方法进行了比较。关键词:遥感反演算法MODIS大气气溶胶光学厚度1绪论1.1研究背景大气气溶胶是指悬浮在地球大气中的具有一定稳定性的，沉降速度小的，粒径范围在10-3um到10-2um之间的分子团、固态或液态微粒所组成的分散体系，大气中悬浮着的各种固体和液体粒子，例如尘埃、烟粒、微生物、植物抱子和花粉，以及由水和冰组成的云雾滴、冰晶和雨雪等粒子，都是气溶胶。由于其在大气层中广泛的分布、短暂的生命期、巨

3、大的空间变化、复杂的化学成分，以及对区域和全球气候重要的影响作用，已经成为大气科学领域研究的热点问题。随着全球经济的发展、城市规模的不断扩大和人口增长，区域和全球尺度的大气环境问题正引起人类广泛的关注，人为活动产生的前体污染物、二次污染物和氧化物正在影响着或破坏着长期建立的生态平衡系统和大气化学组成，地球生态环境和人类生存正面临着威胁。光化学烟雾、酸雨、对流层臭氧增加、对流层臭氧减少、全球气候变暖、大气化学系统改变及其对生态、气候的影响是当今全球面临的前沿性环境问题[1]。进入20世纪以来，世界人口

4、越来越向城市集中，城市发展引起光化学烟雾、酸雨、生态环境恶化、生物多样性损失。环境恶化的问题，已经引起国际社会的严重关注[2]。城市人口急剧增长，城市工业过度发展，机动车大量增加，空气污染已成为一个日益严重的问题，而其中突出表现在气溶胶污染[3]。因此，对这些环境问题进行快速、大范围、低成本、周期性动态监测就显得很有必要[4]。当前大气气溶胶监测主要以地面监测为主，全国环境保护系统已有2229个环境监测站，其中103个站组成大气监测网，己有248个城市共建设了空气自动监测系统，113个环保重点城市中

5、已有109个实现环境空气质量日报，能够监测总悬浮颗粒物、降尘等项目，该监测网为我国大气环境质量监测、评估提供了大量数据，但由于网点分散，我国面积辽阔，仍然不能全面、连续动态的监测我国的环境质量状况，而遥感监测是实现这一目的的有效方式。与传统的地基探测方法不同，卫星遥感反演方法具有面积覆盖广、信息获取方便、快捷等特点，能更高效地获取大气气溶胶信息，摆脱了地基探测方法只是获取空间点上的数据，不能反映大区域气溶胶时空分布的缺点，为人们实时了解大区域范围内的气溶胶变化提供了可能。1.2气溶胶光学厚度研究的重

6、要性气溶胶在地球辐射收支平衡和全球气候变化中扮演着重要的角色[6]。气溶胶通过两种机制对气候变化产生影响，一方面，通过对太阳短波辐射的散射，调节地-气系统的反射率，导致地气系统的降温过程，同时，由于气溶胶的组成成分不同，对太阳短波辐射的吸收、散射作用不同，对某些吸收作用强的气溶胶，它可以导致地-气系统增温过程的发生[7]；另一方面，气溶胶粒子作为云凝结核，可以使单位体积的云粒子数量增加、云滴半径减少，增加云的短波反射率，同时增加云的生命时间，对地-气系统的辐射平衡产生影响[8]。气溶胶光学厚度[9]

7、（AerosolOpticalDepth，AOD），是表征大气混浊度的重要物理量，也是确定气溶胶气候效应的一个关键因子。当前，使用遥感技术监测最多的是气溶胶的光学厚度，气溶胶的光学厚度是由气溶胶对光的吸收和散射特性产生的，主要以散射为主。气溶胶的散射，与粒子半径r的大小有关，通常以尺度参数（式中r为粒子半径，为波长）作为判断标准将散射过程分为三类：瑞利散射，米氏散射和光学散射。气溶胶光学厚度是指沿辐射路径传输，单位面积上所有吸收和散射气溶胶产生的总削弱，是无量纲量。以公式表示为：（1-1）式中分别是

8、气溶胶吸收和散射的质量削弱系数和体积削弱系数，为气溶胶密度，l为大气厚度。气溶胶光学厚度代表了大气的光学特性，是大气辐射和大气光学中很重要的物理量。它反映了整层大气中颗粒物对太阳辐射的削弱程度，也就是反映了该大气层中颗粒物含量多少或空气污染程度。因此精确的探测气溶胶光学厚度具有重要的意义。1.3国内外研究状况卫星遥感全球和区域环境是一个重大的前沿问题，正在取得广泛的进展。近30年来气溶胶光学厚度卫星遥感反演呈现多样化，反演[10]所用的传感器向着多光谱、多角度、多偏振