利用AVHRR数据反演陆地气溶胶光学厚度

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1、第２５卷第１期应用气象学报Ｖｏｌ．２５，Ｎｏ．１２０１４年１月ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＡＰＰＬＩＥＤＭＥＴＥＯＲＯＬＯＧＩＣＡＬＳＣＩＥＮＣＥＪａｎｕａｒｙ２０１４高玲，张里阳，李俊，等．利用ＡＶＨＲＲ数据反演陆地气溶胶光学厚度．应用气象学报，２０１４，２５（１）：４２５１．利用犃犞犎犚犚数据反演陆地气溶胶光学厚度高玲１）１）１）２）１）１）１）张里阳李俊陈林孙凌李晓静１）（国家卫星气象中心，北京１０００８１）２）（美国威斯康辛大学，威斯康辛州５３７０６）摘要开发ＡＶＨＲＲ可见光通道反演陆地气溶胶光学厚度（Ａ

2、ＯＤ）的算法对于研究长时间序列ＡＯＤ的变化有重要意义。ＡＶＨＲＲ由于缺少２．１μｍ通道而不能采用ＭＯＤＩＳ的暗背景算法，该文利用背景合成算法进行陆地ＡＯＤ反演。背景合成算法是指假设一段时间内地表反射率变化不大且会出现相对清洁大气，采用最小值合成即可得到地表反射率，再通过辐射传输模式６Ｓ制作的查算表查算得到ＡＯＤ的反演结果。将此算法应用到２００９年ＡＶＨＲＲ中国部分陆地区域（１５°～４５°Ｎ，７５°～１３５°Ｅ）得到ＡＯＤ的时空分布，将反演结果与同期Ａｑｕａ／ＭＯＤＩＳ的ＭＯＤ０４ＡＯＤ产品进行对比分析表明，

3、华北和华东地区的反演效果较好，西北地区结果较差。以长江三角洲地区为例可知，ＡＶＨＲＲＡＯＤ产品与ＭＯＤＩＳＡＯＤ产品以及ＡＥＲＯＮＥＴ观测的ＡＯＤ相比相关系数基本在０．６以上，从时间变化规律来看，ＡＶＨＲＲＡＯＤ和ＭＯＤＩＳＡＯＤ产品年变化趋势具有很好的一致性。该文为建立长时间序列ＡＶＨＲＲＡＯＤ数据集提供了一个较为可行的方法。关键词：ＡＶＨＲＲ；地表反射率；气溶胶光学厚度；ＭＯＤＩＳ；ＡＥＲＯＮＥＴ［６］性是两种非常先进的研究手段。美国宇航局引言（ＮＡＳＡ）为了获得气溶胶的光学特性在全球建立了气溶胶观测网

4、（ＡＥＲｓｏｌＲｏｂｏｔｉｃＮＥＴｗｏｒｋ，ＡＥＲＯ大气气溶胶是指由大气和悬浮于其中的固体和ＮＥＴ），由分布在全世界的１００多个站点组成，其使液体颗粒组成的分散体系，通常所说的大气气溶胶用的地面太阳光度计能对气溶胶光学厚度等进行连则指其中的固体和液体微粒。大气中气溶胶的存在续观测，时间分辨率高，但由于站点稀疏，沙漠及海影响到了许多大气物理过程，特别是影响到天气气洋上缺少站点，因此空间覆盖面有很大局限性。为［１］候变化。Ｋｉｎｇ等研究表明，气溶胶通过直接辐射了得到空间覆盖面更广的气溶胶产品，卫星遥感被强迫和

5、间接辐射强迫对气候有重要影响。根据Ｓｏｌｏ广泛应用。目前比较成熟的卫星遥感气溶胶光学厚［２］ｍｏｎ等的ＩＰＣＣ第４次报告，气溶胶的存在使得大度业务产品由搭载在极轨卫星Ｔｅｒｒａ和Ａｑｕａ上的气层顶总辐射强迫减少了０．１Ｗ·ｍ－２到０．９Ｗ·ＭＯＤＩＳ提供，但运行时间较短，仅１０年左右。而搭－２，而此其引起的间接辐射强迫为－０．３Ｗ·ｍ－２载在ＮＯＡＡ卫星上的ＡＶＨＲＲ以其能够提供更长ｍ到－１．８Ｗ·ｍ－２，即气溶胶引起的辐射强迫不确时间（从１９８１年开始）的卫星资料在气候变化研究［７］定性达１００％，造成

6、这种不确定性的原因就是对气中占有十分重要的地位。现有的ＡＶＨＲＲ的气溶胶的特性了解不够，为了减小对气溶胶辐射强迫溶胶业务产品只对海上的气溶胶光学厚度进行反［８］评估的不确定性，需要更加精确地掌握气溶胶时空演，虽然国内外不少学者也在进行ＡＶＨＲＲ陆地［９１０］分布特性。气溶胶反演的研究，但大多仅对单站进行研究，近年来，利用卫星资料反演气溶胶光学厚度并未给出区域分布结果。本文研究了ＡＶＨＲＲ陆地［３５］（ＡＯＤ）以及利用地基仪器观测气溶胶的光学特气溶胶光学厚度反演算法，为获取中国区域ＡＶＨＲＲ２０１２１１

7、１６收到，２０１３１１０６收到再改稿。资助项目：国家重点基础研究发展计划项目（２０１０ＣＢ９５０８０２）ｅｍａｉｌ：ｇａｏｌｉｎｇ＠ｃｍａ．ｇｏｖ．ｃｎ第１期高玲等：利用ＡＶＨＲＲ数据反演陆地气溶胶光学厚度４３长时间序列的陆地气溶胶光学厚度产品开发提供参犚ｓａｔ（μ，φ；μ０，φ０）＝犚ａｔｍ（μ，φ；μ０，φ０）＋考，进而为气溶胶的辐射强迫研究提供重要依犜ａｔｍ（μ０）犜ａｔｍ（μ）犚ｓｕｒｆ／（１－犚ｓｕｒｆ犛λ）。（２）［１１１２］据。式（２）中，犚为整层大气单次散射近似的反射率ａｔｍ（或路

8、径辐射），犜（）和犜（）分别表示从太阳ａｔｍμ０ａｔｍμ１仪器及数据简介到地面以及从地面到卫星的大气层总的透过率，犚ｓｕｒｆ为地表反射率，犛λ代表大气后向散射比，１／（１－搭载在ＮＯＡＡ１８卫星上的ＡＶＨＲＲ／３各通道犚ｓｕｒｆ犛λ）代表大气层多次散射作用。的波长范围如表１所示，其中可见光通道的中心波由式（２）可知，卫星观测到的表观反射率犚既ｓａｔ长分别为０．６３和０．８３。由于缺乏２．１是气溶胶光学厚度的函数，