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陆地沙尘气溶胶光学厚度的卫星反演试验研究

作　者: 白鸿涛
导　师: 陈勇航
学　校: 东华大学
专　业: 环境科学
关键词: 沙尘气溶胶光学厚度 SACOL MODIS 6S 地表反射率
分类号: X513
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

沙尘气溶胶是影响地球气候环境的重要因子,它的存在能改变地球大气系统的辐射收支平衡及大气中云的形成,对大气环流、降水分布、短期天气变化和长期气候预测都具有重要意义。本论文采用国际气溶胶自动监测网AERONET的SACOL站经严格的校准、云掩码处理以及质量控制的Version 2 Level 2.0气溶胶数据集,结合搭载在Terra卫星上的中分辨率成像光谱仪MODIS(Moderate-resolution Imaging Spectroradiometer)的L1B 1km分辨率多光谱资料,借助大气辐射传输模式和查算表方法,针对位于我国主要沙尘源区的西北黄土高原半干旱地区进行了沙尘气溶胶光学厚度的反演试验研究。主要内容包括:1)利用SACOL站点2006年9月～2007年8月地基遥感资料,分析了大气气溶胶光学特性,结果表明:光学厚度和(?)mgstr(o|¨)m波长指数、粒子尺度谱分布、折射指数、单次散射反照率均存在明显的季节变化特征,春季呈现出明显的受沙尘气溶胶影响的特征。2)用SACOL资料构建了气溶胶模型,基于6S大气辐射传输模式对MODIS/Terra资料进行大气订正,结果发现:SACOL地区的0.47vs0.66gm通道地表反射率比0.47vs2.12μm通道地表反射率的相关性和稳定性更大,VISvs2.12地表反射率关系与散射角(?)的相关性不大。最后得出春季0.66vs2.12和0.47vs0.66地表反射率简单关系式,并与6S模式中的大陆气溶胶模型订正的结果进行了比较。3)根据不同通道表观反射率随地表反射率的敏感性试验以及研究区域地表反射率范围,确定用0.66μm通道作为反演通道;然后根据大气订正数据选取条件得出四个地表反射率方案,以SACOL为中心的10×10km~2为研究区域进行沙尘气溶胶光学厚度的反演试验。结果表明:四种反演方案均比较合理地显示了沙尘气溶胶光学厚度的区域分布,反演方法是可行的;其中考虑了波长指数,并用SACOL气溶胶模型进行大气订正得出的地表反射率反演出的沙尘气溶胶光学厚度最接近实际测量值,误差为-7.3%。通过对反演过程中的误差进行数值试验检验,结果表明该反演方法比较稳定。

全文目录

摘要  5-7
ABSTRACT  7-12
第一章绪论  12-22
  1.1 沙尘气溶胶的气候、生态环境效应  12-14
    1.1.1 气候效应  12-14
    1.1.2 生态环境效应  14
  1.2 沙尘气溶胶的观测研究  14-16
  1.3 卫星遥感气溶胶的研究状况  16-19
    1.3.1 国外研究状况  16-17
    1.3.2 国内研究状况  17-19
  1.4 研究目的和意义  19
  1.5 本研究的特色及研究内容  19-22
第二章 MODIS遥感陆地上空气溶胶原理  22-28
  2.1 MODIS简介  22-23
  2.2 MODIS遥感陆地上空气溶胶的基本原理  23-24
  2.3 6S大气辐射传输模式  24-28
    2.3.1 6S模式的输入参数  25-26
    2.3.2 ENVI提取几何路径条件  26-28
第三章 AERONET遥感气溶胶光学特性  28-50
  3.1 AERONET遥感气溶胶  28-29
    3.1.1 太阳辐射反演气溶胶光谱光学厚度  28
    3.1.2 天空辐亮度反演气溶胶特性  28-29
  3.2 SACOL站气候环境特点  29-31
  3.3 气溶胶光学厚度与(?)ngstr(o|¨)m波长指数  31-39
    3.3.1 AOT_(440)与(?)ngstr(o|¨)m波长指数α_(440-870)的日平均值变化  31-32
    3.3.2 AOT_(440)与(?)ngstr(o|¨)m波长指数α_(440-870)的月平均值变化  32-34
    3.3.3 AOT光谱依赖性与(?)ngstr(o|¨)m波长指数α_(440-870)的季节变化特征  34-35
    3.3.4 AOT_(440)与(?)ngstr(o|¨)m波长指数α_(440-870)的频率分布  35-39
  3.4 气溶胶粒子特性的季节变化特征  39-42
    3.4.1 粒子尺度体积谱分布的季节变化特征  39-40
    3.4.2 折射指数随波长及季节变化特征  40-41
    3.4.3 单次散射反照率随波长及季节变化特征  41-42
  3.5 冬春季非沙尘与沙尘期间的气溶胶光学特性变化特征  42-48
    3.5.1 冬季非沙尘和沙尘期间气溶胶光学特性的变化特征  42-44
    3.5.2 春季非沙尘与沙尘期间气溶胶光学特性的变化特征  44-45
    3.5.3 冬春季非沙尘与沙尘期间气溶胶光学特性变化特征的比较  45-47
    3.5.4 中国不同地区春季沙尘与非沙尘期间气溶胶光学特性的比较  47-48
  3.6 小结  48-50
第四章可见光与近红外波段地表反射率的关系  50-66
  4.1 引言  50-51
  4.2 研究区域及资料  51-52
    4.2.1 研究区域的选取  51
    4.2.2 大气订正的资料准备  51-52
  4.3 用SACOL气溶胶模型进行大气订正  52-58
    4.3.1 VISvs2.12地表反射率关系  52-55
    4.3.2 VISvs2.12地表反射率关系随散射角的变化  55-56
    4.3.3 VISvs2.12地表反射率关系随NDVISWIR的变化  56-58
    4.3.4 SACOL气溶胶模型订正的地表反射率关系的最终确定  58
  4.4 用6S模式中的大陆气溶胶模型进行大气订正  58-63
    4.4.1 VISvs2.12地表反射率关系  59-60
    4.4.2 VISvs2.12的地表反射率关系随散射角的变化  60-62
    4.4.3 VISvs2.12地表反射率关系随NDVISWIR的变化  62
    4.4.4 大陆气溶胶模型订正的地表反射率关系的最终确定  62-63
  4.5 中国不同地区的地表反射率关系的比较  63
  4.6 小结  63-66
第五章沙尘气溶胶光学厚度的反演试验  66-82
  5.1 引言  66
  5.2 敏感性试验  66-72
    5.2.1 地表反射率的敏感性试验  66-68
    5.2.2 地表反射率方案及反演通道的确定  68-70
    5.2.3 气溶胶模型的敏感性试验  70-71
    5.2.4 大气模型的敏感性试验  71-72
  5.3 反演沙尘气溶胶光学厚度的个例试验  72-77
    5.3.1 资料选取  72
    5.3.2 查算表(Look Up Table)的建立及应用  72-73
    5.3.3 沙尘气溶胶光学厚度分布的反演个例  73-75
    5.3.4 沙尘气溶胶光学厚度及其误差的频率分布  75-77
  5.4 反演过程中的误差分析  77-80
    5.4.1 数值试验设计方案  77
    5.4.2 不同影响因素的误差分析  77-80
  5.5 小结  80-82
第六章结论与展望  82-86
  6.1 结论  82-84
  6.2 展望  84-86
参考文献  86-94
附录  94-96
攻读硕士期间发表论文  96-98
致谢  98

陆地沙尘气溶胶光学厚度的卫星反演试验研究

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