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%。     

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。     

利用MODIS遥感大气气溶胶及气溶胶产品的应用

介绍了利用EOS卫星上MODIS传感器遥感大气气溶胶光学厚度(AOD)的技术,总结了作者利用MODIS资料进行的研究工作,包括利用太阳光度计的地面观测进行MODIS 10 km分辨率Level 2气溶胶产品的校验、利用该产品分析我国陆地上空气溶胶光学厚度分布特征、1 km高分辨率气溶胶光学厚度反演、气溶胶光学厚度产品应用于大气污染的分析等.证实MODIS遥感手段获取气溶胶分布,不仅为全球和区域气候变化研究提供了基础数据,而且也为区域环境大气污染的研究提供了新工具.     

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.     

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.     

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。     

基于BRDF订正的兰州地区春季气溶胶光学厚度反演实验

利用6S模式反演并分析兰州地区春季气溶胶光学厚度(AOD)分布情况,探讨了双向反射分布(BRDF)对气溶胶光学厚度反演结果的影响.结果表明:兰州地区2010年春季气溶胶光学厚度高值中心位于西工业区和城关区,最大值分别为0.46和0.31.不考虑BRDF时水面上空气溶胶光学厚度反演结果存在明显误差,经Walthall BRDF订正后,水面上空误差明显减小,说明经过Walthall BRDF订正后的6S模式适用于水面上空的气溶胶光学厚度反演.兰州大学半干旱气候与环境观测站(SACOL)站点(35.57°N,104.08°E)反演值和实测值比较表明,在无云晴天条件下,选用Walthall BRDF模式可以提高AOD反演精度.     

基于MODIS影像江西省气溶胶时空分布变化遥感分析

使用2000—2018年的MODIS MOD04_3K气溶胶标准产品对江西省气溶胶光学厚度(AOD)进行提取.通过合成年均值、月均值和季均值AOD数据,分析550 nm处气溶胶光学厚度的时空变化特征.结果表明:2006年与2014年为两个波峰,南昌市、宜春市等人为活动频繁的中北部地区AOD值偏高,省边缘及南部AOD值较...     

利用风云2C静止卫星可见光资料反演气溶胶光学厚度

探讨利用中国风云2C静止卫星可见光资料反演气溶胶光学厚度(AOD)的数值方法。通过计算一个月中每日同一时刻平均地表反射率来降低地表反射率估计的随机性, 讨论了该方法中对清洁天AOD值的不同假设对结果的影响。将2008年5月由风云2C可见光资料反演得到的AOD产品分别与东亚6个AERONET站点的AOD产品和MODIS的AOD产品进行了比较, 分析了风云2C卫星的AOD产品算法的误差来源和降低误差影响以及改善产品质量的方案。结果对比表明, 在东亚地区利用风云2C可见光资料反演的AOD产 品可以展示气溶胶的分布样式, 但是目前的算法高估了中国西南部地区和低纬度一些地区的AOD值而低估了中国东部地区的AOD值。     

MODIS气溶胶光学厚度产品在地面PM_(10)监测方面的应用研究

利用MODIS(中分辨率成像光谱仪)两年的气溶胶光学厚度(AOD)产品与北京地区API转化得到的PM10质量浓度、北京大学站点直接监测的PM10质量浓度以及香港元朗站点监测的PM10质量浓度做相关性分析,发现二者的直接相关程度较低。将AOD除以气溶胶季节标高,得到地面消光系数,与地面PM10质量浓度相关性提高。对地面消光系数进行相对湿度订正,得到计算的质量浓度,与地面实际观测的PM10质量浓度相关性进一步提高。经过两年时间资料的对比分析,证实气溶胶遥感光学厚度经过垂直和湿度影响订正后,可以应用于地面PM10监测。     

遥感卫星图像几何校正模型法

本文提出了一种对国土普查卫星图像进行几何校正的模型法方案.文中根据成像几何过程建立了动态摄影模型,对模型参数进行优化.在处理局部卫星图像过程中用拟线性变换进行坐标内插.该模型法几何校正精度高、速度快,所使用的地面控制点少,得到了好的实验结果.     

基于MODIS的华北平原长时间序列气溶胶光学厚度时空分布特征研究

本文利用Aqua/MODIS气溶胶光学厚度产品(Aerosol Optical Depth, AOD),从月均、季均及年均3个时间尺度,统计分析了近10 a(2006-2015年)华北平原AOD参数的空间分布特性及时间趋势变化.结果表明:从空间分布规律来看,高值区主要分布在河北省石家庄、邢台及邯郸沿线城市,沿山西省太原-临汾主线逐渐过渡到河南省郑州市,及山东省黄河以北及西南部及天津等地;需要注意的是,几乎在所有月份,山东省中心城市群AOD浓度要低于周围地区.对时间变化而言,AOD在6、7月份最大,11、12月份最小,夏季浓度高达1.6,明显高于其他3个季节;在10 a长时间变化序列中,从2006年开始呈缓慢下降,在2009年达到低谷,随后2年出现短暂的回升,从2011年起逐年下降,总体下降幅度达到17.14%.     

基于MODIS遥感影像的大气水汽反演研究

目前基于MODIS的水汽反演算法已基本成熟,大部分方法是用6S、MODTRAN等辐射传输模型模拟的倒大气透过率与水汽含量的关系计算大气水汽.由于模型本身的精度及模型中大量参数的不确定性,使得反演结果精度受到限制,而直接基于遥感图像本身的反演算法解决了这一问题.本文提出了基于影像数据本身的水汽总含量反演算法,对通道比值法进行了改进,得到了的水汽反演结果与MODIS大气水汽产品有较好的一致性.     

东中国海域上空modis与seawifs两颗卫星反演气溶胶的比较

通过与地基气溶胶观测数据的对比,确认了MODIS,Sea WiFS气溶胶光学厚度产品用于研究中国海域气溶胶分布和变化特征的有效性.在此基础上,交叉比较了MODIS和Sea WiFS的气溶胶三级产品,发现他们在空间变化趋势上是一致的,在中国海域的气溶胶光学厚度都是随着离岸越远,气溶胶的光学厚度越来越小,在北纬30°-35°有高值区,在靠近大陆的沿岸地带也是气溶胶的光学厚度的高值区.Sea WiFS反演的气溶胶光学厚度整体比MODIS反演的气溶胶光学厚度偏高,两者的年平均气溶胶光学厚度有明显的区别.     

陆地晴空水汽柱含量的MODIS反演方法研究

基于红外辐射传输方程,结合反演水汽的差分吸收技术和传统的通道比值法,利用中心波长均位于940 nm附近的MODIS水汽吸收通道(17通道和18通道)的比值对垂直大气柱水汽总含量进行反演.在地基水汽观测点区域,利用新方法对卫星反演结果与微波辐射计观测数据进行比较并加以修正,修正后的新方法的反演精度和微波辐射计相当,两者相关系数R=88.2%,标准偏差SD=0.29 cm.同时,选择台湾海峡作为研究区域,通过2008年7月24日的近红外MODIS资料,运用新的通道比值法进行水汽含量的反演加以验证,并和MOD07产品进行了比较,两者相关系数R=88.1%,标准偏差SD=0.36 cm.结果表明修正后的新通道比值法的结果比传统的通道比值法精度有一定提高.     

适于反演陆面大气气溶胶光学厚度的物理量

针对水平均一的晴天大气、朗伯下垫面的特殊条件,在一定理论分析的基础上,利用具有“频率相近、但气体吸收系数相差很大”特征的一对观测频率,构造了一个对地面反照率不敏感,但对气溶胶光学厚度敏感的无量纲物理量．进而借助ＬｏｗｔｒａｎＤｉｓｏｒｔ 耦合模式的数值实验,确定了观测的最佳方位,并比较了最佳观测方位下对地面反照率和气溶胶光学厚度的不同敏感性．     

采用非线性尺度空间滤波和SIFT的遥感影像配准方法

针对传统点特征匹配算法存在运算时间长和配准精度低的问题,提出一种基于非线性尺度空间滤波和尺度不变特征转换(SIFT)点特征配准算法.首先,通过非线性尺度空间滤波对基准影像和待配准影像分别进行预处理,保留其边缘信息并去除噪声.其次,采用SIFT算法对预处理后的两幅影像进行特征点提取,通过最近邻和次近邻的欧式距离比值法进行双向匹配,得到匹配特征点.最后,对待配准影像进行仿射变换.结果表明:该方法的总体运行时间比传统SIFT点特征配准算法降低63.2%,且配准精度大幅提高.     

一种基于数学形态学的遥感图像边缘检测算法

为有效提取边缘密度大的遥感图像中的边缘信息，提出了一种利用灰度形态变换原理进行检测的 有效算法，首先利用开-闭形态滤波器降低输入图像的噪声，然后将二值图像的边缘提取算法推广到灰度 图像中加以应用。实验结果证明，此方法优于灰度形态梯度法+同时也优于Canny算子。     

一种基于数学形态学的遥感图像边缘检测算法

为有效提取边缘密度大的遥感图像中的边缘信息，提出了一种利用灰度形态变换原理进行检测的有效算法，首先利用开-闭形态滤波器降低输入图像的噪声，然后将二值图像的边缘提取算法推广到灰度图像中加以应用。实验结果证明，此方法优于灰度形态梯度法。同时也优于Canny算子。