气溶胶光学厚度及?ngstr?m指数遥感反演的不确定性对紫外线指数计算的影响

以地面站观测为参照,分析香港地区2005—2013年间MISR气溶胶光学厚度产品和?ngstr?m指数的不确定性,通过辐射传输方程模拟该不确定性对香港地区夏季和冬季地方时06:00—18:00之间紫外线指数造成的影响。结果表明,气溶胶光学厚度的不确定性在夏季和冬季对紫外线指数造成的偏差最大分别为0.55和0.36,?ngstr?m指数不确定性在夏季和冬季对紫外线指数造成的偏差最大分别为0.13和0.11。对比世界卫生组织划分的紫外线危害等级,不论是气溶胶光学厚度还是?ngstr?m指数的不确定性,所引起的紫外线风险等级的最大偏差为一级,夏、冬季基本上都不会影响对民众发布的紫外线风险分级。因此,可认为使用MISR气溶胶光学厚度产品以及?ngstr?m指数计算紫外线指数是可靠的。     

气溶胶光学厚度及(A)ngstr(o)m指数遥感反演的不确定性对紫外线指数计算的影响

以地面站观测为参照,分析香港地区2005-2013年间MISR气溶胶光学厚度产品和(A)ngstr(o)m指数的不确定性,通过辐射传输方程模拟该不确定性对香港地区夏季和冬季地方时06:00-18:00之间紫外线指数造成的影响.结果表明,气溶胶光学厚度的不确定性在夏季和冬季对紫外线指数造成的偏差最大分别为0.55和0.36,(A)ngstr(o)m指数不确定性在夏季和冬季对紫外线指数造成的偏差最大分别为0.13和0.11.对比世界卫生组织划分的紫外线危害等级,不论是气溶胶光学厚度还是(A)ngstr(o)m指数的不确定性,所引起的紫外线风险等级的最大偏差为一级,夏、冬季基本上都不会影响对民众发布的紫外线风险分级.因此,可认为使用MISR气溶胶光学厚度产品以及(A)ngstr(o)m指数计算紫外线指数是可靠的.     

南宁市气溶胶光学厚度与大气颗粒物相关性分析

利用南宁市世锦赛期间(10月6—13日)的MODIS影像反演的气溶胶光学厚度(AOD)和PM_(2.5)、PM_(10)质量浓度为数据源,统计以地基站点为中心在站点位置0.5°×0.5°区域范围内的AOD日均值和各监测站PM_(2.5)、PM_(10)质量浓度日均值,运用6种数学模型(线性、一元二次、一元三次、对数、幂函数、指数)进行相关性分析。结果表明,在AOD与PM_(2.5)日均值建立的六种关系模型中,一元三次函数模型的拟合效果更好,且6、7、13日的AOD与PM_(2.5)相关性较高,R2在0.6以上;在AOD与PM_(10)日均值建立的六种关系模型中,一元三次函数模型的拟合效果更好,但AOD值与PM_(10)相关性整体比PM_(2.5)相关性低,7、9日的AOD与PM_(10)相关性较高,R2在0.6以上。对于相关性较好的,可用该模型函数来反演和监测PM_(2.5)、PM_(10)质量浓度。     

卫星遥感气溶胶光学厚度的相关研究综述

我国利用卫星遥感技术反演气溶胶光学厚度的研究,至今已有近20年的历史,期间积累了大量的研究成果,尤其是近几年因大气污染问题日益突出,受到人们广泛关注,该方面研究文献大量增加。其中包含了不同地区卫星遥感气溶胶光学厚度的反演验证、气溶胶光学厚度时空特征分析;卫星遥感气溶胶光学厚度与大气污染相关性以及气溶胶光学厚度在大气污染检测中的作用;卫星遥感气溶胶光学厚度与人体健康相关性研究等等。该文综述摘录了2005年至2016年的部分文献资料,并主要列举气溶胶反演在污染以及人体健康方面的研究,并对今后的研究方向做了展望。     

卫星遥感监测全球大气气溶胶光学厚度变化

 全球大气气溶胶类型和含量变化与气候变化和大气环境污染密切相关,是气象学、环境学和医学研究关注的热点问题。为认识全球气溶胶分布基本特征,发现和跟踪全球气溶胶显著变化地区,本文利用美国NASA 发布的C6 版MODIS气溶胶光学厚度产品分析全球大气气溶胶光学厚度时空年变化特征及其影响因素;分析气溶胶光学厚度分布与中国霾区的关系,提出霾区治理的气溶胶光学厚度年平均值参考标准。分析2003-2014 年卫星监测的气溶胶光学厚度(AOD)空间分布特征显示,全球气溶胶光学厚度稳定高值区位于亚洲东部及其邻近太平洋海区、印度半岛及其邻近印度洋海区、非洲北部和中部及其邻近大西洋海区;重点变化关注区为俄罗斯西伯利亚东部增量区和南美洲亚马逊平原热带雨林减量区。气溶胶光学厚度高值地区的形成与沙尘暴、火山喷发、生物质燃烧、工业排放等自然源,以及工业污染物排放、交通运输、秸秆焚烧等人类活动造成的人为源气溶胶排放直接相关,并受气象因素和山脉等地形阻挡因素影响,这些因素的稳定性与季节变化最终形成全球气溶胶的时空分布特征。中国东部气溶胶光学厚度年平均值大于0.5 的区域为主要霾天气区,其中华北南部、黄淮、江淮、江汉地区和四川盆地为全球气溶胶光学厚度极端高值区,年平均极端高值达到0.8~1.0,为霾天气常态化发生区;通过全球气溶胶光学厚度量值分析认为,气溶胶光学厚度年平均值0.5 可作为中国大气环境最大承载量,中国东部地区高于此值的区域为主要大气污染控制区,大范围工业生产污染物减排可带来整体环境改善,通过工业结构调整有望降低的气溶胶污染中位比率为33%,平均比率为26.5%。     

新疆博斯腾湖地区气溶胶光学厚度特性地基遥感

为加强新疆戈壁地区沙尘监测,为区域气候变化研究和局地卫星遥感精度验证提供地基观测依据,利用CE-318太阳光度计在博斯腾湖地区2010年4～12月测得的太阳直接辐射数据,应用消光法反演了大气气溶胶光学厚度(AOD)和Ångström波长指数α并分析其变化特征。结果表明,该地区550 nm AOD平均值为0.33±0.22。当α>0.5时,550 nm AOD日均值小于0.25; 当α<0.5时,550 nm AOD日均值大于0.3。AOD日变化在非沙尘天气时有3种类型:平稳型、上升型和下降型。沙尘天气时有3种类型:上升型、早晨傍晚高且午时有低值、早晨傍晚低且午时有高值。AOD季节变化是春季最大,冬秋次之,夏季最小。当地年均大气透明度较好,气溶胶成分单一,沙尘天气是影响当地大气浑浊度的主要原因。     

MODIS资料遥感黄土高原半干旱地区气溶胶光学厚度

借助6S辐射传输模式,模拟了MODIS红、蓝、中红外通道的表观反射率在不同气溶胶类型下对地表反射率和气溶胶光学厚度的敏感性试验.利用Kaufman扩展的暗像元方法反演了黄土高原半干旱地区晴空天气条件下的2.5 km高分辨率气溶胶光学厚度,选取的10天反演结果有6天的相对误差较小,在16%以下,绝对误差小于0.05的有7天.反演的10天资料中,兰州大学半干旱气候与环境观测站与之对应的CE-318观测资料的光学厚度平均值为0.2226,反演的平均值为0.2170,反演结果较合理.将反演结果与CE-318观测资料和NASA发布的气溶胶产品进行了对比,显示反演结果与NASA发布结果的空间发布存在一致性.     

Landsat8 OLI城市地区气溶胶光学厚度遥感反演

在地表反射率较高、结构复杂的城市地区,传统的浓密植被气溶胶反演算法难以适用。通过分析地物波谱库中的植被和土壤波谱信息,模拟建立归一化植被指数(NDVI)与红、蓝波段地表反射率之间的相关关系,提出使用MODIS植被指数产品(MOD12)确定地表反射率的方法,实现该类型区域气溶胶光学厚度(AOD)反演。以Landsat8OLI数据为例,选取北京市为研究区进行反演实验,使用AERONET地基观测数据与MODIS气溶胶产品(MOD04)对反演结果进行验证。结果表明,当反射率较高时,NDVI与红、蓝波段地表反射率仍存在较高的相关性,利用该指数能够准确获取高反射率地区的地表信息,算法反演结果与实测值具有较好的一致性,总体相关系数达0.966,68%的反演结果满足误差精度要求,当AOD0.5时,有82.3%的结果满足精度要求,较MOD04精度有了较大改善。     

北京地区夏季气溶胶光学厚度反演

基于6S模型对比分析了3种大气气溶胶模式在北京地区夏季气溶胶光学厚度反演中的适用性.首先下载Terra-MODIS L1B夏季空间分辨率为1,km的数据,基于城市型、大陆型、海洋型3种标准大气气溶胶模式生成了3套查找表,利用暗像元法,反演得到了北京地区夏季大气气溶胶光学厚度.然后利用AERONET提供的实测陆地气溶胶光学厚度对反演结果进行精度验证.结果表明:海洋型和大陆型气溶胶模式反演的气溶胶光学厚度与地基数据相关性较高,相关系数分别为0.806,6和0.766,4;而城市型气溶胶模式反演的气溶胶光学厚度与地基数据存在明显差异,相关系数仅为0.482,5;将晴天和雾霾天气反演结果与地基数据进行对比,可以看出在天气晴朗时北京地区采用海洋型气溶胶模式反演气溶胶光学厚度更为准确.     

基于MODIS卫星遥感数据的大气气溶胶光学厚度优选反演方法

通过地面大气气溶胶的测定,可以反映大气浑浊度,进而在某种程度上确定区域的气候效应,其中关键技术是大气气溶胶光学厚度的反演.目前使用的卫星遥感气溶胶光学厚度反演算法中,扩展暗像元法精度较低而V5.2法适用范围较窄.提出了一种优选反演法,通过引入中红外通道表观反射率来选择扩展暗像元法或V5.2法.其中,在V5.2法中添加了Walthall双向反射分布订正.实验对比了相关方法反演的气溶胶光学厚度数据,结果表明所提方法可以弥补扩展暗像元法和V5.2算法各自的不足.     

基于CALIOP数据的气溶胶光学厚度反演研究

星载激光雷达在大气气溶胶探测上具有观测范围大、精度高以及连续测量等优点,对于大气污染监测和气候变化研究具有重要意义.以星载激光雷达CALIOP L1b数据为基础,利用Fernald近端分析法反演了整层大气柱上气溶胶消光系数及其光学厚度.选择武汉市为试验区域,计算了2007年8月至12月期间武汉上空的气溶胶光学厚度,与地面光度计的实测数据比较表明,CALIOP反演的AOD精度较高.     

青岛近岸海域气溶胶光学厚度观测分析

利用CE318太阳光度计测量了青岛小麦岛地区2008年4月至2009年3月的气溶胶光学厚度（AOD）数据,分析了青岛近岸海域的气溶胶光学厚度特性。结果表明：气溶胶光学厚度光谱基本满足ngstrm关系,其中大气浑浊度系数κ=0.22±0.07,ngstrm指数υ=1.26±0.23。气溶胶光学厚度的日变化有3种典型趋势,分别是上升型、下降型和凸型。季节变化特点为春、夏季气溶胶光学厚度大,而冬季小。     

兰州地区MODIS气溶胶光学厚度和空气污染指数相关性研究

利用2009年1 12月兰州地区的MODIS气溶胶光学厚度产品与全球自动观测网(AERONET)SACOL站(104.08 E,35.57 N)数据进行对比分析,相关系数达到0.82,线性拟合的斜率为1.13,截距为0.07,表明MODIS AOD能反映兰州地区气溶胶分布的信息.利用MODIS AOD产品与兰州市空气污染指数做相关分析,二者的相关程度较低.在进行湿度影响因子、气溶胶标高订正后,二者相关性有了较为显著的提高,说明MODIS AOD产品可应用于监测兰州地区大气污染情况.     

城市地区气溶胶光学厚度与空气污染指数的相关性分析

主要研究AERONET(Aerosol Robotic Network)提供的的气溶胶光学厚度(Aerosol Optical Thickness,AOT)与空气污染指数(Air Pollution Index,API)之间的相关性.对北京地区2004年全年AERONET提供的气溶胶光学厚度和环保局监测的API进行了相关性分析,发现二者直接对比相关性较低.考虑到AOT的主要影响因素,从以下三个方面进行了探讨:①将数据分成四个季节,构建二者相关性模型;②将经过气溶胶标高垂直订正的AOT数据与API建立相关模型;③考虑到湿度影响因子的作用,按水汽分段分析AOT与API的相关性,发现相关性明显提高.     

巴伦支海的冰盖与气溶胶光学厚度的耦合关系

冰盖（ICE）和AOD之间的关系对北极及全球气候有重要的影响.分析了北极巴伦支海地区（30-50°E,70-80°N）在2003—2009年的AOD和ICE的分布及其之间的耦合关系.从7年的总数据来看,AOD春天高,夏天低,秋天又有回升;南部AOD含量一般高于北部,但在75-80°N区域,2003年的AOD含量特别高;AOD和ICE在一定的区域有着带有滞后期的关系,几乎每一年的相关性都是正的.通过统计软件Eviews的滞后回归分析发现,ICE的峰值先于AOD 1个月左右.在研究区域北部,ICE和AOD在平移后的相关系数是0.51左右,而南部的相关系数是0.30左右.通过协整检验发现,ICE（-1）和AOD均为平稳序列,并且残差无单位根,故两者具有长期均衡关系.可以推断,由于海洋冰块的融化,导致相关生物硫种类的减少,从而导致AOD含量的增加.通过在70-75°N区域对AOD的结果进行平稳性检验,预测了未来两年AOD的发展趋势.     

近十来年杭州市大气气溶胶光学厚度卫星反演研究

利用杭州市2003-2015年逐日MODIS数据,基于暗像元算法反演其500m空间分辨率的气溶胶光学厚度(AOD)历史序列,并结合地基观测数据进行验证,在此基础上分析杭州市AOD时空分布特征.结果表明:AOD反演结果的平均绝对误差、相对误差分别为0.16%、33.08%,反演结果相对可靠;在2003-2015年期间,杭州市AOD年均值呈波动状态,但无明显增加或下降趋势,最大值出现在2008年,最小值出现在2013年;春、夏季AOD均值较高,大于秋、冬季,冬季AOD均值最低;AOD月均值在1-6月呈现增加趋势,并在6月达到峰值,随后在7-12月呈减小趋势;此外,杭州市AOD空间分布特征表现为东北部高、西南部低,其中,最高值区域主要分布于杭州市中心,次高值分布于江干区、余杭区东部、萧山区东部.     

基于卫星气溶胶光学厚度反演地面能见度算法的研究

为了获得大范围的能见度空间分布信息,提出一种把MODIS卫星气溶胶光学厚度陆面产品转化为地面能见度分布的反演算法。该算法以CALIPSO卫星的气溶胶标高为更新观测值,以GEOS-Chem模拟的气溶胶标高场为背景场,通过最优插值的资料同化方法,将两者整合成误差更小的气溶胶标高分析场,然后通过气溶胶标高分析场,把MODIS卫星气溶胶光学厚度转化为地面能见度。与中国地区地面气象多年观测资料的对比结果表明,反演能见度与观测能见度之间,点对点的月相关系数可达0.5以上,两者多年的逐月变化趋势与地域分布形势较为一致。     

合肥地区气溶胶光学厚度的时间变化特征

利用太阳辐射计CE318对合肥地区大气气溶胶进行长期系统的观测,对2002年至2007年间的观测数据进行反演分析,得出了气溶胶光学厚度随时间变化的统计特征.结果表明合肥地区气溶胶光学厚度日变化有5种类型;气溶胶光学厚度随月份有波浪式变化,月平均值在4月份和8月份分别达到最大值0.727和最小值0.192;四季中春秋季节的气溶胶光学厚度大于夏冬季节,春季最大0.636,夏季最小0.262;2004年至2007年冬季气溶胶光学厚度有逐年增大的趋势.     

京津冀辽鲁地区气溶胶光学厚度时空变化特征

气溶胶在大气污染事件中扮演重要角色.本文以ENVI 5.0作为平台,利用2008年至2014年期间的京津冀辽鲁地区AOD,分析了京津冀辽鲁地区三省两市的AOD的时间变化和空间分布特征.经过对数据的整理分析发现,从空间分布上看,总体呈现出从西部到东部的逐渐递减的趋势,京津冀辽鲁地区的AOD值范围在0.0-1.0之间,高值区分布在人口相对密集和经济较为发达的地区,高值可达到0.8以上,低值在0.2以下;高值区数值可达到低值区的5倍以上.从时间变化上看,AOD年均值趋势线的变化斜率为0.03左右,这说明京津冀辽鲁地区近年来年均AOD值有微弱的上升趋势;就四季来看,在夏季数值最高(AOD值基本处于1.0-1.5之间);在春季、秋季、冬季AOD值相差不大,基本处于0.8-1.0之间.从各季节的AOD值年际变化趋势来看基本处于波动的上升趋势.     

基于MODIS影像的成都地区气溶胶光学厚度反演

成都经济的高速发展导致空气污染,大气污染已经严重威胁人类健康,对其进行调查和监测是有效治理大气污染问题的基础。气溶胶反映了大气层中颗粒物含量的多少或空气污染程度,所以精确探测气溶胶光学厚度具有重要意义。利用遥感技术可以进行重复周期性监测气溶胶光学厚度,覆盖面大,节省人力物力。以MODIS影像为基础数据,利用6S大气传输模式建立查找表,在ENVI软件中完成成都市气溶胶光学厚度的反演,以此达到成都大气监测的目的。