大气参数反演之气溶胶反演
大气气溶胶卫星遥感反演研究综述
大气气溶胶卫星遥感反演研究综述【摘要】本文主要围绕大气气溶胶卫星遥感反演研究展开综述。
首先介绍了大气气溶胶卫星遥感技术的原理，包括传感器、数据处理和遥感算法等方面。
然后详细探讨了大气气溶胶卫星遥感反演方法，包括单光谱反演、多光谱反演和激光雷达反演等。
接着总结了大气气溶胶卫星遥感反演结果，并详细介绍了反演结果在气象学、环境监测和气候变化研究中的应用。
最后对大气气溶胶卫星遥感反演研究的进展进行了概述，指出了当前研究存在的问题和未来发展方向。
展望了大气气溶胶卫星遥感反演的未来发展，包括技术创新、应用拓展和国际合作等方面。
通过本文的综述，有望促进大气气溶胶卫星遥感反演研究的深入发展并为相关领域的应用提供支撑。
【关键词】大气气溶胶、卫星遥感、反演、研究综述、技术原理、方法、结果、应用、进展、展望1. 引言1.1 大气气溶胶卫星遥感反演研究综述概述大气气溶胶是指在大气中悬浮的微小颗粒物质，是空气污染的主要成分之一。
气溶胶的数量、大小、成分和分布对大气环境和气候变化具有重要影响。
卫星遥感技术能够全面、连续地监测大气气溶胶，为研究气溶胶的来源、形成机制和影响提供了重要手段。
本文将综述大气气溶胶卫星遥感反演研究的相关内容，包括技术原理、反演方法、反演结果、应用和进展。
通过对卫星遥感数据的获取、处理和分析，可以获取大气气溶胶的空间分布、垂直分布和时空变化规律，为大气环境监测和气候研究提供重要参考。
本文将系统介绍大气气溶胶卫星遥感技术的基本原理，包括遥感器的设计原理、数据获取方式以及数据处理方法。
将探讨不同反演方法在大气气溶胶遥感中的应用，比较各种方法的优缺点，为研究者和决策者提供参考。
通过对大气气溶胶卫星遥感反演结果的分析，可以揭示大气气溶胶的空间分布和变化趋势，为环境保护和气候变化研究提供重要支撑。
结合遥感数据和模型模拟的研究，可以更准确地评估大气气溶胶对气候变化的影响。
本文还将探讨大气气溶胶卫星遥感在大气污染监测、气候变化研究、灾害预警等方面的应用，并展望未来大气气溶胶卫星遥感反演研究的发展方向，为相关研究和应用提供参考和借鉴。
操作-大气校正,辐射定标,气溶胶反演
基于RS\GIS监测洪灾变化上机操作实例基本原理：①大气校正遥感图像在获取过程中，受到大气吸收与散射、传感器定标、地形等因素的影响，且会随时间的不同而有所差异。
利用多时相遥感图像的光谱信息检测地物变化的重要前提是要消除不变地物的辐射值差异。
大气校正的目的是消除大气和光照等因素对地物反射的影响，大多数情况下，大气校正是反演地物真实反射率的过程。
目前可以进行大气校正的模块有很多种，如最早的MODTRAN 4+，6S (Second Simulation of the Satellite Signal in the Solar Spectrum)，ACORN，ATREM，在ERDAS IMAGINE 8.7上的模块ATCOR，以及ENVI上的模块FLAASH（基于MODTRAN）。
FLAASH可对LANDSAT，SPOT，A VHRR，ASTER，MODIS，MERIS，AATSR，IRS等多光谱、高光谱数据、航空影像及自定义格式的高光谱影像进行快速大气校正分析。
下面的大气纠正步骤，都是基于FLAASH进行的。
②辐射定标当我们拿到一幅原始影像，先要进行辐射定标，目的是把图像上的DN（Digital Number）值转为辐亮度或者是反射率。
辐射定标的结果可以是表观辐亮度（L），也可以是表观反射率（ρ）。
计算表观辐亮度（L）的公式为：Radiance=（（Lmax-Lmin）/（Qcalmax-Qcalmin）*（Qcal-Qcalmin）+Lmin ①其中：Radiance 是表观辐亮度，注意单位是W/m2·sr·μm；Qcal为像元DN 值（也就是影像数据本身）；Qcalmax为传感器处最大辐亮度值所对应的DN值，一般为255；Qcalmin 为传感器处最大辐亮度值所对应的DN值，一般为0；Lmax 和Lmin是从参数表中查询，Lmin为光谱辐亮度的最小值，单位同L；Lmax为光谱辐亮度的最大值，单位同L。
大气遥感第六章：大气效应校正和大气参数反演
（2）对于热红外波段，多次散射一般可以忽略不计，但大气和地表 自身发射必须考虑。
（3）对于中红外波段，则既需要考虑地表与大气自身的发射，同时 又要考虑大气的多次散射作用，因此更加复杂，我们不展开讨论。
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仅讨论可见光/近红外波段 为了问题的简化，在地表朗伯体、大气水平均一假设条件下， 我们可以得到：
其中
，
； 分别为观测天顶角与太阳天顶角；
为传感器接L受(到v的) 辐射亮度， 为观测方向的路径辐射项； 为地
表反射率；S为大气下界的半球反射率； 为大气层顶与太阳光垂直
方向的通量密度。
9
利用入射太阳辐射项 归一化上式可得：
从物理实质上看，这是地-气系统辐射传输问题，对 地表遥感而言，即为大气效应校正问题，而对大气遥感 而言，则是地表背景作用的扣除问题，确切的说，这是 同一个问题的两个方面。
对同一波长而言，卫星对地观测在同一时刻只有一 个观测值，而至少有两个或者两个以上的未知量（即大 气光学厚度和地表反照率），因此问题的解事不确定的， 必须要增加新信息，以解决反演求解的不确定性。
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（4）其它大气校正方法
·直方图匹配法(Histogram Matching Methods)：假设晴空条 件与大气浑浊条件下地表反射率的直方图分布相同;算法被ERDAS和PCI 等图像处理软件采用；
·反差减少法（Contrast Reduction Methods）：气溶胶散射 减小地表反射率的差异，因此局部图像方差可以用于估算气溶胶光学厚 度;
大气气溶胶卫星遥感反演研究综述
大气气溶胶卫星遥感反演研究综述【摘要】大气气溶胶对气候变化和空气质量具有重要影响，因此大气气溶胶的遥感监测变得至关重要。
本文首先介绍了大气气溶胶的来源和影响，然后详细解析了大气气溶胶卫星遥感技术原理和反演算法，以及反演结果验证的重要性。
接着探讨了大气气溶胶卫星遥感在环境监测中的应用，展示了其在改善空气质量和监测气溶胶分布方面的潜力。
对大气气溶胶卫星遥感的发展前景、研究挑战和意义进行了总结和展望。
本文旨在全面了解大气气溶胶卫星遥感的研究现状和未来发展方向，为相关领域的研究和应用提供参考和借鉴。
【关键词】大气气溶胶、卫星遥感、反演研究、来源、影响、技术原理、算法、结果验证、环境监测、发展前景、挑战、意义1. 引言1.1 大气气溶胶卫星遥感反演研究综述大气气溶胶是指悬浮在大气中的固体或液体微粒，是大气污染的主要成分之一。
它源自于自然和人为活动，如火山喷发、森林火灾、工业排放等。
大气气溶胶对气候变化、大气光学、空气质量等方面产生重要影响，因此对其进行监测和研究具有重要意义。
随着遥感技术的发展，大气气溶胶卫星遥感成为研究气溶胶的重要手段之一。
通过卫星遥感技术，可以获取全球范围内的大气气溶胶分布情况，为气溶胶研究提供了丰富的数据资源。
大气气溶胶卫星遥感反演研究致力于利用卫星观测数据推导大气气溶胶的物理和化学特性，探索其在大气环境中的变化规律。
本综述将从大气气溶胶的来源和影响、卫星遥感技术原理、反演算法、反演结果验证以及在环境监测中的应用等方面进行综合阐述，同时探讨大气气溶胶卫星遥感的发展前景、研究面临的挑战以及其在环境保护、气候变化研究等方面的意义。
通过对大气气溶胶卫星遥感进行全面总结，旨在推动相关研究的进展，促进大气环境监测和管理水平的提升。
2. 正文2.1 大气气溶胶的来源和影响大气气溶胶是指悬浮在大气中的微小固体或液体颗粒物质，来源主要包括自然源和人为活动。
自然源方面，火山爆发、森林火灾、沙尘暴等自然现象会释放大量气溶胶物质；人为活动包括工业生产、汽车尾气、生物质燃烧等，都会产生大气气溶胶。
大气参数反演之气溶胶反
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参考文献
参考文献
气溶胶反演算法
基于卫星遥感数据和地面观测数据，通过一定的算法模型，反演出大气中气溶胶的分布 和浓度信息。
气溶胶对气候的影响
气溶胶能够吸收和散射太阳辐射，对气候变化产生重要影响。通过反演得到的气溶胶信 息有助于更好地了解气溶胶在全球气候变化中的作用。
气溶胶与空气质量的关系
气溶胶浓度的高低直接影响空气质量，反演得到的气溶胶信息可以为空气质量预报和治 理提供重要依据。
高分辨率气溶胶反演技术发展
偏振敏感技术
利用偏振敏感技术可以获取 气溶胶的更多信息，提高反 演精度，是未来气溶胶反演
技术的重要发展方向。
多角度观测技术
利用多角度观测技术可以获 取气溶胶在不同角度下的散 射特性，进而提高反演精度
。
深度学习技术
深度学习技术在图像处理和 模式识别等领域具有广泛的 应用前景，未来可以利用深 度学习技术提高气溶胶反演 的自动化和智能化水平。
气溶胶反演的数学模型
辐射传输模型
描述光在气溶胶介质中的传播过程，包括散射、吸收、再辐射等 作用。
大气辐射传输方程
基于能量守恒原理建立的方程，用于描述大气中辐射能量的传输 过程。
气溶胶反演模型
基于辐射传输模型和观测数据建立的数学模型，用于反演气溶胶 的物理和化学特性。
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气溶胶反演的算法与实 现
优化算法
大气污染源解析
要点一
总结词
气溶胶反演在解析大气污染源方面具有独特优势，通过对 气溶胶的化学组成和来源进行分析，可以识别出不同污染 物的排放源，为污染治理提供科学依据。
要点二
详细描述
气溶胶反演技术通过分析气溶胶中不同化学成分的浓度和 分布，结合排放源清单和气象信息，能够准确识别出不同 污染物的排放源。这种技术有助于政府和环保部门制定针 对性的污染治理措施，减少污染物排放，改善空气质量。
暗像元法反演气溶胶原理
暗像元法反演气溶胶原理
暗像元法反演气溶胶原理
气溶胶是指微观粒子悬浮在大气中的细小液滴、固体粒子和它们的复合体。
这些微粒子对空气质量和天气的影响非常显著，因此对气溶胶的研究显得至关重要。
暗像元法（DARK）是一种用于实现气溶胶的光学探测的技术，其反演原理是基于独特的光学散射过程。
暗像元法反演气溶胶原理主要分为以下几个步骤：
1.制备样品
首先需要制备一个模拟真实大气环境的样品，以获得粒子分布情况。
样品制备的方法是根据实际大气中的分布数据来确定颗粒物的类型、大小和浓度，然后通过特定的技术手段将颗粒物分散到空气中。
2.测量样品的散射和透射特性
使用适当的仪器对样品进行测量，包括反射、散射、透射和吸收四个方向。
这些被测量的数据需要计算出本底散射信号，用于后续的暗像元法反演计算。
3.计算暗像元
暗像元法的独特之处在于它可以利用散射和透射信号的比值（R/T）来计算出暗像元。
暗像元指的是样品中一个离散物质的散射和透射的比值。
要计算暗像元，需要对样品中多个离散物质进行测量，并对信号
进行处理。
最终，计算出的暗像元将作为反演算法的输入参数。
4.反演大小和浓度
利用计算得到的暗像元和经验模型推算气溶胶的大小和浓度。
反演结果有两种形式：一种是把结果以图像的形式呈现出来，另一种是将结果以数值的形式输出。
反演的结果将有助于分析气溶胶的来源、成分和分布。
暗像元法反演气溶胶原理是基于光学散射计算的，并且具有高精度、非侵入性和实时性等优点，已逐渐成为研究气溶胶的主要手段之一。
大气气溶胶卫星遥感反演研究综述
大气气溶胶卫星遥感反演研究综述近年来，大气气溶胶成为了全球关注的焦点之一。
大气气溶胶是指大气中悬浮的微小颗粒，它们对大气的辐射传输和化学反应产生影响，对人类健康、能源利用、气候变化等方面造成严重影响。
因此，对大气气溶胶进行遥感反演研究有着重要意义。
本文对大气气溶胶卫星遥感反演研究进行综述。
大气气溶胶卫星遥感反演是指通过对于卫星遥感数据进行处理和分析，以获取大气中气溶胶的分布、浓度、粒径等信息的方法。
目前普遍采用的是基于光学遥感的技术，通过卫星传感器测量大气中的太阳辐射、反射辐射和散射辐射等，利用大气辐射传输模型和气溶胶反射率模型将测量数据反演成大气气溶胶特征参数。
大气气溶胶卫星遥感反演的常用传感器有：国际气象卫星-3 (MTSAT-3) / 日本气象厅(JMA) 的宽频分辨率成像光谱仪 (ARS)，美国国家航空航天局 (NASA) 的地球观测系统(EOS) 的云和地球之间气体卫星 (CALIPSO)，中国科学院南京空气净化研究所气溶胶观测与模拟实验站 (CAREBeijing-Flux) 的主动式气溶胶光学探测仪 (APS)等。
各个卫星传感器的测量精度和遥感反演能力各有差异，需结合目标研究问题来选择合适的卫星和传感器。
大气气溶胶卫星遥感反演研究的主要内容包括气溶胶反射率、气溶胶透过率、气溶胶比温差、气溶胶光学厚度、气溶胶粒径等。
其中，气溶胶反射率是指气溶胶对于太阳辐射和陆地反照率的反射，是气溶胶遥感反演的重点参数。
气溶胶透过率是指气溶胶向地面和大气下方的透过，是气溶胶浓度反演的重要参量。
气溶胶比温差是指气溶胶和大气之间的温度差，是考虑气溶胶光学性质的关键因素。
气溶胶光学厚度是指在垂直于地面方向上，大气中存在的气溶胶颗粒对于入射太阳辐射所产生的响应，可以推导出气溶胶浓度、尺寸和化学组成等重要参数。
气溶胶粒径是指气溶胶颗粒的大小，是气溶胶反演的重要参考指标。
大气气溶胶卫星遥感反演研究可以应用于气溶胶污染监测、气溶胶辐射强迫和云辐射生长等方面。
气溶胶光学特性的遥感反演方法研究
气溶胶光学特性的遥感反演方法研究随着现代工业的发展，气溶胶污染越来越严重，对健康和环境都造成了一定的威胁。
因此，研究气溶胶的成分、分布和浓度等信息非常重要。
然而，气溶胶是一种难以直接观测的微观物质，因此需要借助遥感技术来间接获取其光学特性参数。
一、气溶胶的光学特性参数气溶胶是一种分散的、非晶态的固体或液体颗粒，在大气中存在各种形态和尺寸的气溶胶。
气溶胶的光学特性参数描述了气溶胶与光的相互作用过程，是遥感反演中常用的参数。
其中，主要包括以下几个参数：1、气溶胶光学厚度（AOD）：气溶胶吸收和散射光线的总量，是描述大气混浊程度的重要物理量。
AOD是从地球表面或航空器上通过大气光学成像设备获取的数据，用于确定大气中气溶胶物质的分布和浓度，是气溶胶遥感研究的重要参量。
2、气溶胶光学直径（AOD）：描述气溶胶的尺寸大小。
它是气溶胶颗粒输运和沉积的重要参数，通过对气溶胶粒子在大气中的运动轨迹和捕获的数据进行分析，可以对大气环境和气象变化有一个更为详细的描述。
3、吸收光学深度（AODa）：描述气溶胶吸收光线的数量。
与AOD类似，吸收光学深度是反映大气透射光谱特性的重要参数，可以用来识别气溶胶吸收谱线的特征。
二、气溶胶遥感反演方法研究气溶胶遥感反演方法是利用观测数据来估算，或者从遥感影像数据中直接提取气溶胶光学特性参数的一种方法。
气溶胶遥感反演方法分为直接反演和间接反演两种，其中直接反演要求观测系统直接测量气溶胶光学特性参数，而间接反演则是利用以反向模型等方法来从观测数据中估算气溶胶光学特性参数。
1、直接反演直接反演方法直接从遥感图像中提取气溶胶光学特性参数，是一种比较常见的气溶胶遥感反演方法。
直接反演的关键是选择适当的算法和模型来计算气溶胶光学参数，其中多数算法需要大量的样本数据来进行训练和验证。
2、间接反演间接反演方法是以气溶胶吸收、散射和透射光度为基础，从多角度、多波段的卫星遥感图像中提取吸收、散射和透射光度，进而估算AOD等光学特性参数。
气溶胶遥感反演研究
全球PM2.5卫星遥感反演分布图 全. 球沙尘气溶胶卫星遥感反演分布图
2. 卫星监测气溶胶参数的意义
2.2 卫星监测气溶胶
Huang et al.利用 星载激光雷达 Calipso产品研究 了2007年的一次沙 尘暴事件。
沙尘从Sahara沙漠 传输到墨西哥！
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2. 卫星监测气溶胶参数的意义
所需的空间分辨率逐层递进
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3.气溶胶特性获取分析及卫星监测现状
3.3 遥感目标的信息量分析-规模度量
秸 秆 焚 烧 的 发 现、 识 别、 确 认、 理 解 过 程
发现（1-2个像元.，1000m MODIS）
3.气溶胶特性获取分析及卫星监测现状
3.3 遥感目标的信息量分析-规模度量
秸 秆 焚 烧 的 发 现、 识 别、 确 认、 理 解 过 程
识别（10个像元，. 30m HJ-1A）
3.气溶胶特性获取分析及卫星监测现状
3.3 遥感目标的信息量分析-规模度量
秸 秆 焚 烧 的 发 现、 识 别、 确 认、 理 解 过 程
确认（20个像元，. 16m GF）
3.气溶胶特性获取分析及卫星监测现状
3.3 遥感目标的信息量分析-规模度量
秸 秆 焚 烧 的 发 现、 识 别、 确 认、 理 解 过 程
气候系统是一个极其复杂的多圈、多层次系统。在诸多影响气候变化 的因子中，气溶胶是一个既重要却又不确定的影响因子。
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2. 卫星监测气溶胶参数的意义
2.1气溶胶的影响-气候系统
• 直接、间接辐射强迫作用 • 通过云影响降水 • 与雪、冰的相互作用
影响大气辐射平衡，严重影响区域和全
球变化！！！
.
大气气溶胶卫星遥感反演研究综述
大气气溶胶卫星遥感反演研究综述大气气溶胶是大气环境中的重要组成部分，对大气辐射传输、气候变化、风沙输送等过程产生着重要的影响。
目前，全球大气气溶胶监测手段多样，包括地面监测、飞机监测和遥感卫星监测。
大气气溶胶卫星遥感成为研究大气气溶胶的重要手段。
一、大气气溶胶卫星遥感技术概述大气气溶胶卫星遥感技术是通过利用遥感卫星搭载的传感器获取大气气溶胶的遥感信息，通过数据处理和分析得到大气气溶胶的时空分布和特性参数。
目前在大气气溶胶卫星遥感方面已经有了多项成熟的遥感手段和技术，如光学遥感、微波遥感、红外遥感等。
光学遥感是目前应用最为广泛的大气气溶胶遥感手段之一，其主要原理是通过监测大气气溶胶颗粒对太阳辐射和地表反射光的吸收、散射和透射特性来获取大气气溶胶的光学性质，包括光学厚度、粒径分布、复合折射率等。
而微波遥感则是通过监测大气气溶胶颗粒对微波辐射的散射和吸收特性来获取大气气溶胶的物理和化学特性参数，如水平能见度、气溶胶组分、气溶胶质量浓度等。
红外遥感则是通过监测大气气溶胶发射和吸收红外辐射的能力来获取大气气溶胶的温度、湿度、颗粒浓度等信息。
1. 光学厚度是指大气气溶胶对太阳辐射和地表反射光的吸收、散射和透射能力的综合表征，是衡量大气气溶胶浓度的重要参数。
光学厚度越大，表示大气中的气溶胶浓度越高。
3. 复合折射率是指大气气溶胶颗粒对不同波长光的折射和散射能力的综合表征。
复合折射率的大小和变化对大气气溶胶的光学性质和光学特性有着重要的影响。
4. 水平能见度是指大气中气溶胶颗粒对水平能见度的影响程度。
水平能见度越小，说明大气中的气溶胶颗粒浓度越高，大气浑浊程度越高。
5. 气溶胶组分是指大气中气溶胶颗粒的化学成分和组成结构。
不同的气溶胶组分对大气环境和生态系统产生着不同的影响。
6. 气溶胶质量浓度是指单位体积大气中的气溶胶颗粒的质量。
气溶胶质量浓度的大小和变化对大气环境和人类健康有着重要的影响。
7. 温度、湿度、颗粒浓度是指大气中的气溶胶颗粒的温度、湿度和颗粒浓度的分布情况。
大气气溶胶卫星遥感反演研究综述
大气气溶胶卫星遥感反演研究综述1. 引言1.1 研究背景大气气溶胶是指大气中的固体或液体微粒，包括尘埃、烟雾、颗粒物等。
大气气溶胶的来源包括自然过程和人为活动，如火山喷发、森林火灾、工业污染等。
大气气溶胶对大气成分和气候变化有着重要影响，包括对太阳辐射的散射和吸收、云的形成和性质，以及地表辐射平衡等。
随着卫星遥感技术的发展，大气气溶胶的监测和研究进入了一个新的阶段。
卫星遥感可以提供大范围、全天候、高分辨率的观测数据，能够有效监测大气气溶胶的空间分布和时空变化。
通过利用卫星遥感数据，可以对大气气溶胶的来源、输送、沉降等过程进行研究，为环境保护、气候变化等问题提供重要参考。
本文将综述大气气溶胶卫星遥感反演研究的最新进展，探讨大气气溶胶的形成和影响、卫星遥感技术、反演方法及其在环境监测中的应用。
希望通过本文的分析，能够更深入地了解大气气溶胶的特性和作用，为相关研究和应用提供支持和参考。
1.2 研究目的研究的目的是通过对大气气溶胶卫星遥感反演研究的综述，系统地总结该领域的最新进展和成果，探讨大气气溶胶在环境监测中的应用前景。
通过深入了解大气气溶胶的形成机制和对环境和气候的影响，以及卫星遥感技术的原理和方法，为进一步深入研究大气气溶胶的遥感反演提供理论和方法支持。
希望能够促进大气气溶胶的监测和预警能力的提升，为改善人类生存环境和应对气候变化提供科学依据和技术支持。
通过本文的撰写和总结，旨在为相关领域的研究者和决策者提供参考和借鉴，推动大气气溶胶遥感反演技术的发展，促进环境保护和气候变化应对的进步。
2. 正文2.1 大气气溶胶的形成和影响大气气溶胶是大气中固态或液态微粒子的悬浮物，主要由硫酸盐、硝酸盐、有机物质和尘埃等组成。
这些微粒子的形成来源于自然和人为活动，如火山喷发、森林火灾、工业排放、交通尾气等。
大气气溶胶对气候、生态系统和人类健康都有重要的影响。
大气气溶胶可以直接影响气候系统。
气溶胶反射和吸收太阳辐射，导致地表和大气温度分布不均匀，影响大气环流格局，进而影响全球气候变化。
气溶胶定量遥感反演的方法
气溶胶定量遥感反演的方法气溶胶定量遥感反演技术是通过遥感卫星获取的气溶胶光学特性数据，结合气象和大气光学模型，利用数学方法反演出大气中气溶胶的浓度、粒径分布和透明度等信息的一种方法。
下面将详细介绍几种常用的气溶胶定量遥感反演方法。
1.基于比值法的反演方法：比值法是通过计算多个波段之间的比值来反演气溶胶光学厚度或光学透明度。
比值法的基本原理是假设大气的气溶胶光学特性在不同波段之间具有一定的关联性，通过计算不同波段之间的比值，可以消除大气气溶胶光学特性之间的差异，得到气溶胶的浓度信息。
比较常用的比值法有Blue-SWIR方法、Blue-Red方法和Red-NIR方法等。
2.基于反射率统计关系的反演方法：反射率统计关系是指大气底层和表面反射率之间的统计关系，基于这种关系可以反演出气溶胶的浓度和粒径分布。
该方法需要利用地表特征的反射率数据，通过建立气象和辐射传输模型，以及利用大量的地表反射率样本来建立反射率统计关系，从而反演出气溶胶的光学厚度和粒径分布。
3.基于颜色指数的反演方法：颜色指数是指在可见光和近红外波段之间的光谱变化指标，通过计算颜色指数可以反演出气溶胶的浓度和类型。
常见的颜色指数有NDVI（归一化植被指数）、SAVI（改进型土地覆盖指数）和EVI（增强型植被指数）等。
通过分析不同颜色指数之间的关系，可以反演出气溶胶的浓度和种类。
4.基于光谱反演和逆向传输模型的反演方法：光谱反演和逆向传输模型是指通过建立大气辐射传输模型，将遥感获取的多光谱数据与模型模拟的光谱进行比较，通过调整气溶胶的光学参数反演出气溶胶的浓度和透明度。
该方法需要利用气象和大气光学模型对大气辐射传输过程进行建模，然后通过数值计算的方法，反演出气溶胶的光学特性。
总的来说，气溶胶定量遥感反演方法有很多种，每种方法都有其适用的条件和限制。
不同的方法结合以及综合应用可以提高反演结果的准确性和可靠性，从而更好地满足对气溶胶浓度、粒径分布和透明度等信息的需求。
大气气溶胶卫星遥感反演研究综述
大气气溶胶卫星遥感反演研究综述
大气气溶胶的卫星遥感反演方法主要有两种：一种是直接反演方法，另一种是间接反演方法。
直接反演方法是利用卫星遥感数据，通过对气溶胶的光学特性进行测量和分析，来确定大气气溶胶浓度和分布。
而间接反演方法则是通过对大气气溶胶的影响进行模拟和推断，来间接估算大气气溶胶的浓度和分布。
这两种方法各有优势和局限，综合运用可提高遥感反演精度。
卫星遥感反演大气气溶胶需要考虑的因素较多，主要包括大气气溶胶的光学特性、卫星遥感数据的获取和处理、大气辐射传输模型等。
大气气溶胶的光学特性是指大气气溶胶对光的散射和吸收特性，通过这些特性可以对大气气溶胶进行识别和表征。
卫星遥感数据的获取和处理则需要考虑到卫星遥感数据的分辨率、频率和覆盖范围等因素。
而大气辐射传输模型则是用来模拟大气气溶胶对太阳和地面辐射的影响，从而推断大气气溶胶的浓度和分布。
卫星遥感反演大气气溶胶还需要考虑到大气本身的复杂性和变化性。
大气气溶胶的浓度和分布受到气象、气候和地理等因素的影响，因此在进行卫星遥感反演时，需要充分考虑这些因素的影响。
大气气溶胶的分布和排放也会随着时间和空间的变化而发生变化，因此需要对不同时间和空间的大气气溶胶进行监测和反演。
大气气溶胶卫星遥感反演研究在大气环境和气候变化研究中具有重要意义。
随着卫星遥感技术的不断发展和改进，相信卫星遥感反演大气气溶胶的精度和应用范围将会不断提高，从而为大气环境和气候变化研究提供更加准确的数据支持。
大气气溶胶卫星遥感反演研究综述
大气气溶胶卫星遥感反演研究综述近年来，大气气溶胶的研究已经成为了大气科学领域的热点之一。
大气气溶胶可以分为自然源和人为源两大类，包括但不限于悬浮在大气中的尘埃粒子、二次有机气溶胶以及硫酸气溶胶等。
大气气溶胶不仅会直接影响大气的光学性质，而且还与气候变化、空气质量以及人类健康等密切相关。
精确地反演大气气溶胶的浓度和形态参数对于气候研究和空气质量监测具有重要的意义。
大气气溶胶的遥感反演技术已经取得了很多进展。
大气气溶胶卫星遥感是一种常见的方法。
大气气溶胶卫星遥感可以通过利用遥感仪器测量大气气溶胶的辐射强度和波长，来获取大气气溶胶的浓度和形态参数。
大气气溶胶卫星遥感的优势在于其全球覆盖范围和连续观测能力，能够提供全球范围内的大气气溶胶数据，以揭示大气气溶胶的时空分布规律。
大气气溶胶卫星遥感的反演方法多种多样。
最常见的反演方法是利用大气气溶胶的辐射输送模式和观测数据之间的关系，建立反演模型，通过反演模型对观测数据进行处理，从而获得大气气溶胶的浓度和形态参数。
还可以利用统计学方法和辐射传输模型相结合的方法来反演大气气溶胶。
大气气溶胶卫星遥感反演的关键问题之一是悬浮粒子的类型和复杂形状的反演。
悬浮粒子的类型多样，包括球形粒子、非球形粒子、混合粒子等，其反演具有很大的难度。
由于大气气溶胶的光学性质受到很多因素的影响，如湿度、温度、颗粒浓度等，这些因素的变化会导致反演结果的误差。
需要对这些因素进行有效的修正，以提高大气气溶胶遥感反演的精度和准确性。
大气气溶胶卫星遥感反演研究是一个重要而复杂的课题。
通过建立反演模型、利用统计学方法和辐射传输模型相结合等手段，可以有效地反演大气气溶胶的浓度和形态参数。
目前的研究还存在一些问题，如反演方法的精度和精确性不够高、大气气溶胶的复杂形状和类型的反演难度等，这些问题值得继续深入研究和探讨。
气溶胶反演
气溶胶反演气溶胶反演方法利用环境小卫星多光谱数据反演：方法一：1. 利用SPSS计算出大气光学厚度与大气参数（ρ（大气的路径辐射项等效反射率）、S（大气下界的半球反射率）、T(μs )T(μv)(大气上行下行透过率)）的对应关系，据此建立查找表，然后利用多波段数据进行地气解耦，得到大气光学厚度。
2. 构建查询表利用6S模型构建气溶胶光学厚度查询表，输入参数为：太阳天顶角，气溶胶模式，550nm波长处气溶胶光学厚度的等级，查找表计算的波段（第一和第三波段），海拔高度。
3. 数据预处理（1）重采样，为了加快运算速度和提高信噪比；（2）辐射定标，将图像的DN值转化为表观反射率。
4. 结果反演根据获得的表观反射率计算出NDVI（用于识别暗目标），利用获得的太阳高度角对查找表进行插值，得到要计算波段的不同大气光学厚度下的大气参数：ρ0、S、T(μs)T(μv)。
5. 图像平滑与成图输出在获得大气光学厚度后，对结果图像进行平滑处理，达到内插部分非暗目标点的监测值并抑制异常点的目的，采用9×9像元的距离加权平均的滤波方法进行；将结果导入ArcMap中，进行叠加矢量图，分等定级以及添加图名图例等操作，制成专题图。
方法二：1.对要反演气溶胶光学厚度的卫星图像惊醒地理和辐射率校正2.然后用MODTRAN模型模拟生成τ（气溶胶光学厚度）和ρ（地表反射率）的查找表3.接着判断卫星观测到的地表像元反射率Lobs与MODTRAN模拟的大气总辐射Ltotal是否相等。
4.如果不等，就改变ρ，再用MODTRAN重新计算Ltotal，再判断是否相等。
5.如果相等，则根据ρ和τ的关系曲线，由反演出的地表反射率ρmap，计算到气溶胶光学厚度分布τmap。
利用环境小卫星高光谱数据反演：方法：1.选择用于反演的波段2.假设利用某种气溶胶模式条件下，计算红波段和近红外波段表观反射率，不考虑临近效应影响。
大气散射在可见—近红外波段影响是比较大的，在可见波段影响最大，其次是近红外波段，在中波红外接近于零，因此，在利用近红外波段反演气溶胶光学特性之前，可以在清洁大气的假设下利用6S或者MODTRAN辐射传输模型进行大气校正。
大气气溶胶遥感反演研究进展
。由于多角度算法在一些地区的运用还有局限性，它作为一种新的反演
思路，还需要进一步拓展到多种地表覆盖进行实验。
3. 进一步研究偏振特性，充分利用偏振遥感的优势，研究开发传感器等硬
件设备以获取充足的偏振数据，改进或开发偏振遥感反演方法，提高反
λ −, (λ) λ −, (λ)
(λ)
=
▪ (λ)
上式中,下标n和f分别表示卫星前向和底向两个观测角度， (λ) 和
(λ) 为卫星测量值，k为地表反射率在前向和底向的比值，均为已知量，
, (λ)、, (λ)、 (λ)、 (λ)都是 AOD的函数，通过引入气溶胶模
1.假设地表反射率在前向和底向的比值k是一个与波长λ无关的量
, ()
=
, ()
上式中,, ()，, ()分别表示前向和底向的地表反射率。因为
地表反射率随角度的变化主要取决于地表覆盖的宏观结构， 而非波长。
2. 朗伯体的表面，卫星接收到的来自大气层顶的表观反射率可表示为：
响应较小且观测信息中主要包含大气气溶胶信息的观测方式，偏振测量能
满足上述要求。除此之外，偏振反射率对波段变化十分不敏感，对粒子特
性较为敏感，使得偏振探测成为近年来气溶胶观测发展最快的方式。
偏振辐射只对气溶胶粒子特性敏感，偏振信息有助于气溶胶特性的提
取，可以更好的反演气溶胶的光学特性。利用这种方法可以同时反演气溶
0°，55°
0°，±26.1°，±45.6°，
±60°，±70.5°
扫描宽度
500km
360km
分辨率
1km×1km（底向）
1.5km×2km（前向）
利用MODIS遥感数据进行气溶胶反演研究
利用MODIS遥感数据进行气溶胶反演研究雾霾现象是影响大气气候和环境质量的一个重要因素。
这些雾和霾都是悬浮在大气中的气溶胶粒子，混浊度是其主要光学性质之一，可用光学厚度来表征。
现阶段，对气溶胶光学厚度的监测多是基于地面气象站点的实测数据。
实测数据多是以点监测为主，无法测得气溶胶的范围和变化趋势。
随着遥感技术的发展，特别是气溶胶遥感技术的发展和革新，给气溶胶卫星监测提供了技术依据。
利用卫星数据资料可以实现气溶胶的面监测，通过多期数据的分析比较能实现变化趋势研究。
论文在深入分析气溶胶反演的理论和方法的基础上，利用北京及周边地区的MODIS卫星遥感影像资料进行了气溶胶反演的实验验证。
文中主要研究内容和结果如下：(1)遥感数据的选择。
由于MODIS数据具有较高的光谱分辨率和时间分辨率，而且对外免费开放下载，具有较好的经济适用性，所以本文选择以MODIS影像作为实验基础数据。
(2)大气模式的选择。
在气溶胶的反演的过程中，大气模式参数与气溶胶模型参数的设定影响反演的精度。
通过实验研究，选择用6S模式模拟大气模式参数和气溶胶模型，能够提高反演精度。
(3)根据气溶胶反演的理论基础，在反演过程中需要建立地表反射率与气溶胶光学厚度之间的定量关系。
论文基于暗像元法估算地表反射率，并进一步根据6S模式模拟通过IDL语言编程实现了与气溶胶光学厚度相关的七参数对应关系的计算，利用这种七参数对应关系可以实现气溶胶光学厚度的反演。
(4)利用MODIS影像数据对北京及其周边地区的气溶胶光学厚度分布进行了反演实验，通过AERONET已知数据对反演结果进行了精度验证，并进一步根据7期数据的反演结果完成了气溶胶光学厚度分布的变化趋势分析。
实验结果表明，利用MODIS数据根据暗像元法以及6S大气模式能够很好的反演出陆地上空的气溶胶光学厚度。
这为城市地区快速监测大气污染提供了经济适用的方法。
大气气溶胶遥感反演研究进展
我 国对气溶胶 遥感 的研 究始 于 ２ 世纪 ８ 年代 。吕达仁 ０ ｏ
等 于 １８ 年提 出了消光 角散射 法遥 感气溶 胶分布 的原 理 ， ９１ 并 作 了试验研 究－ 。此 后关 于 气溶 胶 遥感 反演 的 方法 陆 续被 ７ ｊ 提 出并加 以改进 。赵柏 林进 行 了光 学遥 感 大气 气溶 胶 和海 上气 溶胶卫 星遥感 的研 究【９。邱金桓 提出 了从 全波段 太 阳 Ｊ ． 直接 辐射确定 大气气 溶胶 光 学厚度 的方法 【］ １ 。刘 广员 等提 ｏ
与像 元尺度相 当的大气气 溶胶性质 参数 ， 能进行 逐像 元 的 才
大气效 应纠正 ， 现完 全 意义 上 的定 量遥 感 分析 与 反 演－ 。 实 ３ Ｊ
出了一种在 晴空条件下 、 匀下垫 面上 利用 Ｎ Ａ 均 Ｏ Ａ极轨 卫 星
甚 高分辨率 辐射计 （ Ｖ Ｒ） Ａ Ⅷｉ 可见 光 和 近红 外两 个通 道 观测 的反 射率 资 料 ， 感 整层 大 气气 溶 胶 光学 厚 度 的双 通道 方 遥
ＩＵ ￣－ ｔａ （ ｏｅｅｏ ｅｏｒｅ ｎ ｎｉ ｎ ｅ ｔＨ ｂｉ ｏ ｍｌ ｎｖｒｉ 。ｈｊ ｚｕｎ 。 ｅｅ ００ １ ） － Ｙ ａｍｉ ｌ Ｃ ｌ ｇ ｆ ｓｕｃｓａｄＥ ｖ ｏｍ ｎ ， ｅｅ Ｎ ｎ ｉ ｓｙ Ｓｉａｈａｇ Ｈ ｂ ｉ ５０６ Ｉ ｅ ｌ Ｒ ｒ Ｕ ｅ ｔ ｉ
００ ３ ； ． ５０ １３ 石家庄学 院资源 与环境 系， 河北石家庄 ０ ０３ ） ５０５
摘要 大 气气溶胶 是 悬浮在地球 大 气中的微粒 混合 物 ， 它不仅 对全 球 气候 变化 产 生影响 ， 而且 影 响到 大 气环境 质量 和人 类 身体 健康 。 目前 ， 气气溶胶 的研 究 已经成 为国 际研 究热点之 一。介绍 了气溶胶 参数 遥感反 演 的 国内外研 究进展 ， 利 用卫 星遥 感 资料反 演 气溶 大 对 胶 参数的 方法进 行 了总结 ， 分析 了方法 中的各种假 定条件 ， 对该领域 内现存 的问题与发展 方 向进 行探讨 。 并 ‘
大气参数反演之气溶胶反演
❖ 包括：气溶胶的光学厚度 、粒子尺度谱分布、 折射率（实数 虚部）、 消光系数垂直分布、 单次散射反照率、散射相函数 后两者可在前四个参数基础上推导而出。
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气溶胶光学厚度反演原理与方法
在不考虑地－气系统之间的多次反射作用以及交叉辐射 作用的情况下，卫星传感器所获得的总辐射亮度主要是由地 表对太阳直射辐射的反射以及大气气溶胶和其他大气成分对 太阳短波辐射的后向散射所组成。因此，要从卫星数据反演 出大气气溶胶信息，就必须精确的从卫星传感器所获的总辐 射亮度中去除地表信息以及其他大气成分的贡献。
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陆地气溶胶光学厚度反演方法
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陆地气溶胶光学厚度反演方法
在大气中6S模型主要考虑六种气体的吸收作用，它们是：氧气、二氧化碳、甲烷、 一氧化氮、水汽和臭氧，其中前四种气体含量稳定且均匀，而水汽和臭氧随着时间和 地点的变化而变化。
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可见光地表反射率的确定
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气溶胶光学厚度反演的详细流程
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T ( S ) e / S td ( S )
T (V ) e / V td (V )
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陆地气溶胶光学厚度反演原理
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陆地气溶胶光学厚度反演原理
toa
( S
,V
,)
m
( S
,V
,)
0Pa ( S ,V 4S V
,)
1
s
s ( ( S ,V
S ,V ,)S
,) (, ,
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,
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)
T
(
S
,
3
❖ 气溶胶的辐射强迫作用包括直接辐射强迫和 间接辐射强迫作用。
❖ 气溶胶对太阳辐射的吸收和散射会改变地球 大气系统的行星反照率,从而影响到地气系统 的能量平衡;
基于偏振遥感技术反演大气气溶胶特性的方法_陶圣荣
何角度的函数 ;而 Rp, Ray和 Rp , aer分别是大气中的分子 和气溶胶的偏振度 , θs 、θv 、φ分别是太阳天顶角 、卫星 观测天顶角和相当方位角 。
在利用 POLDER 数据反演时 , Rp, top由卫星观察值 计算得出 , Rp , suf一般由半经验模型计算而来 , 而 Rp, Ray
机 ———可调波段偏振 CCD 相机和一种新型偏振辐射 计 ;中科院上海技术物理所研制的一台 6 通道全偏振 态遥感仪原理性样机 , 以及星载卷云探测仪 , 它是一台 具有偏振测量功能的辐射偏振计[ 9] 。
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图 1 MO DIS 图像反演气溶胶光学特性流程图
资源开发与市场 Resource Development &M arket 2011 27(06) ·研究方法·
写成另一种形 式(I , Q , U , V)T 。 其中 , I 为非偏振光
强 , Q 、U 分别代表两个方向上的线偏振光 , V 代表圆偏
振光 , 在遥感探测中通常假定 V =0 :
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·研究方法· 资源开发与市场 Resource Development &Market 2011 27(06)
(College of Physics and Electronic Information, Anhui Normal University , Wuhu 241000, China) Abstract :Polarization detection technology was developed in recent years that was a new type of remote sensing technology , which had some features that traditional means of detecting do not have .In the paper, the basic principles of polarization detection were introduced .An algorithm for aerosol characteristic retrieval from the polarization detection equipment was introduced.This paper compared the algorithm with traditional detection means.The results showed that the polarization detection technique was advantaged . Key words:atmosphere optical;polarization;stokes parameter;retrieval
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埃根核 大粒子 巨粒子
1
气溶胶来源
气溶胶按其来源可分为一次气溶胶（以微粒 形式直接从发生源进入大气）和二次气溶胶 （在大气中由一次污染物转化而生成）两种。 它们可以来自被风扬起的细灰和微尘、海水 溅沫蒸发而成的盐粒、火山爆发的散落物以 及森林燃烧的烟尘等天然源 也可以来自化石和非化石燃料的燃烧、交通 运输以及各种工业排放的烟尘等人为源
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陆地气溶胶光学厚度反演原理
T ( S ) 和 T (V )
均可被描述为两部分之和：
/ S
/ V
T ( S ) e
T (V ) e
td ( S )
td (V )
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陆地气溶胶光学厚度反演原理
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陆地气溶胶光学厚度反演原理
0Pa ( S ,V , ) toa ( S ,V , ) m ( S ,V , ) 4 S V s ( S ,V , ) T ( S , , 0 , Pa )T (V , , 0 , Pa ) 1 s ( S ,V , ) S (, , 0 , Pa )
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气溶胶反演的难点
从上式可以看出，要从遥感图像中获取地表信息或大气信息，必须要知道两者中 的另外一种信息，然而在遥感反演中，右边的两项信息都是未知的。这就给气溶 胶的反演带来一定的难度。要想反演出大气信息，必须通过其他途径获得目标地 物的真实地表信息。然而到目前为止尚未有有效的方法来准确的估计地表信息， 这正是目前气溶胶遥感反演的一个难点也是一个热点。
4
人类活动造成的对流层气溶胶所产生的辐射 强迫是气候变化的一个重要贡献者。 硫酸盐气溶胶和含碳气溶胶，两类气溶胶在 气候变化研究中具有特殊的重要性。 如研究表明：以黑炭吸收为主产生的增温效 应，称为气溶胶正强迫作用；而硫酸盐气溶 胶则相反，其降温作用，称为气溶胶负强迫 作用。
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气溶胶的光学特性
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气溶胶的辐射强迫作用包括直接辐射强迫和 间接辐射强迫作用。 气溶胶对太阳辐射的吸收和散射会改变地球 大气系统的行星反照率,从而影响到地气系统 的能量平衡; 大气气溶胶还起到云凝结核的作用;大量的气 溶胶颗粒有可能使云滴的数密度增加,云滴的 平均半径变小,这有可能使云对太阳辐射的反 射率增加或使云的维持时间加长,甚至使降水 减少。
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陆地气溶胶光学厚度反演方法
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陆地气溶胶光学厚度反演方法
在大气中6S模型主要考虑六种气体的吸收作用，它们是：氧气、二氧化碳、甲烷、 一氧化氮、水汽和臭氧，其中前四种气体含量稳定且均匀，而水汽和臭氧随着时间和 地点的变化而变化。
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可见光地表反射详细流程
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基本性质
Aerosol 粒子半径0.001 m -100 m 气溶胶是液态或固态微粒在空气中的悬浮体系。 作为水滴和冰晶的凝结核、太阳辐射的吸 收 体和散射体，并参与各种化学循环，是大气的 重要组成部分。 分类
r 0.1 m 0.1 m r 1.0 m 1.0 m r 100 m
包括：气溶胶的光学厚度 、粒子尺度谱分布、 折射率（实数 虚部）、 消光系数垂直分布、 单次散射反照率、散射相函数 后两者可在前四个参数基础上推导而出。
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气溶胶光学厚度反演原理与方法
在不考虑地－气系统之间的多次反射作用以及交叉辐射 作用的情况下，卫星传感器所获得的总辐射亮度主要是由地 表对太阳直射辐射的反射以及大气气溶胶和其他大气成分对 太阳短波辐射的后向散射所组成。因此，要从卫星数据反演 出大气气溶胶信息，就必须精确的从卫星传感器所获的总辐 射亮度中去除地表信息以及其他大气成分的贡献。
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陆地气溶胶光学厚度反演原理
当假设陆地表面为均匀的朗伯体表面时，卫星传感器所测量的大气 顶层的表观反射率可以表示为：
s ( S ,V , ) toa ( S ,V , ) a ( S ,V , ) T ( S )T (V ) 1 s ( S ,V , ) S
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气溶胶的辐射特性及其气候环境效应
气溶胶对气候和环境的辐射效应演研究基本 上是20世纪90年代开始的,主要包含两部分内 容: 一是不同地区气溶胶对周围环境的辐射效应 研究,主要局限于局地范围和特定的气溶胶类 型 二是气溶胶气候效应的模式研究,主要从局域 和全球尺度对气溶胶的气候效应进行模拟研 究,以阐明气溶胶对气候变化的影响。
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陆地气溶胶光学厚度反演方法
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陆地气溶胶光学厚度反演方法
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陆地气溶胶光学厚度反演方法
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陆地气溶胶光学厚度反演方法
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陆地气溶胶光学厚度反演方法
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陆地气溶胶光学厚度反演方法
暗像元法反演气溶胶不仅需要确定地表反射率，还需要在假定气溶胶模式、大气模 式以及相应几何关系的情况下，利用大气辐射传输模型（如6S模型）计算查找表， 最后通过输入地表反射率，相应几何参数，以及对应波段的表观反射率来查找气溶 胶光学厚度。