郑州地区气溶胶光学厚度反演与分析
气溶胶光学厚度的计算
由此可推得大气气溶胶光学厚度
τ λE
为：
2-V* z 5.5 5.5 5.5 H H H H H1 (e 1 e 1 ) 12.5e 1 H 2e 1 f
月份 平均能见度 月份 平均能见度
1
8.38
2
11.46
3
10.28
4
10.64
5
11.63
6
10.66
7
9.45
8
10.22
9
9.16
10
8.50
ห้องสมุดไป่ตู้
11
10.50
12
6.98
根据表1、表2中的数据以及已知参数，利用已编写的计算程序，可以计算出郑州2008 年各月气溶胶光学厚度，如图2所示。
图2
郑州2008年各月气溶胶光学厚度
⑴气溶胶光学厚度与各月平均水汽压密切相关。 水汽压较高， 有利于近地层气溶胶向上 输送，水溶性气溶胶粒子吸湿膨胀，使得气溶胶光学厚度变大。天气干燥，水汽压较低，气 温较低，冷空气频繁的活动带来的大风，加速了气溶胶粒子的扩散和输送，致使气溶胶光学 厚度较小。 ⑵气溶胶光学厚度的意义是从地面到大气层顶大气柱上气溶胶对辐射的吸收和散射, 而常规气象观测的测值主要反映近地面的气象状态, 因此高空气象条件对气溶胶光学厚度 也有显著的影响, 这是本文所没有考虑的。
参考文献 [1] 宋 磊 ， 吕 达 仁 . 上 海 地 区 大 气 气 溶 胶 光 学 特 性 的 初 步 研 究 . 气 候 与 环 境 研 究.1006-9585(2006) 02-0203-06 [2]Elterman L. Relationships between vertical attenuation and surface meteorological range. Appl Opt, 1970, 9: 1804～1810 [3]McClatchey R A,Fenn R W, Selby J E A. Optical properties of Atmosphere. AFCRL72- 0497, 1992 [4]秦世广,石广玉,陈林,等.利用地面水平能见度估算并分析中国地区气溶胶光学厚度长期 变化特征[J]．大气科学,2010,34（2）:449-456. [5] 邱 金 桓 , 林 耀 荣 . 关 于 中 国 大 气 气 溶 胶 光 学 厚 度 的 一 个 参 数 化 模 式 [J]. 气 象 学 报,2001,59(3):368-372 [6] 胡婷 . 中国区域气溶胶的光学厚度特征和气候效应研究 [D]. 南京 : 南京信息工程大 学,2008 [7]申彦波,赵宗慈,石广玉.地面太阳辐射的变化、 影响因子及其可能的气候效应最新研究进 展[7].地球科学进展,2008,23(9):915-923. [8] 李 晓 文 , 李 维 亮 , 周 秀 骥 . 中 国 近 ３ ０ 年 太 阳 辐 射 状 况 研 究 ［ Ｊ ］ . 应 用 气 象 学 报,1998,9(1)：24-31. [9]范学花，陈洪滨，夏祥鳌.中国大气气溶胶辐射特性参数的观测与研究进展.中国科学院 大气物理研究所中层大气和全球环境探测重点实验室，北京 100029
2023年度气溶胶光学厚度
2023年度气溶胶光学厚度
气溶胶光学厚度是气溶胶在大气中的浓度与光线传播距
离的比值，它是大气环境质量的一个重要指标。
本文将介
绍2023年度气溶胶光学厚度的情况。
据统计，全球平均气溶胶光学厚度约为0.1~0.3，其中
人类活动对大气环境产生的影响占到了很大一部分。
2023
年度全球气溶胶光学厚度整体呈上升趋势，特别是发展中
国家和工业化程度较高的地区。
其中，中国东部沿海地区、印度、巴基斯坦、伊朗等国家和地区的气溶胶光学厚度增
长较为明显，其中中国东部沿海地区的气溶胶光学厚度达
到了0.6以上。
导致这种现象的原因不尽相同，但普遍存在的是工业污染、交通尾气排放、大气扰动等因素对气溶胶的影响。
此外，气候变化也对气溶胶光学厚度产生了一定的影响。
近
年来，全球气候异常，洪涝、干旱、台风等极端天气频繁
发生，这都会导致大气环境变化，同时也会对气溶胶光学
厚度产生一定的影响。
针对这种情况，有关部门采取了一系列措施，包括减少
工业排放、加强机动车管理、控制农村散煤等。
同时，气
象科学家也加强了测量和研究工作，依靠遥感技术、数值
模拟技术等手段对气溶胶光学厚度进行精细化测量和分析，以制定更为科学的大气环境保护政策和措施。
总之，2023年度全球气溶胶光学厚度普遍呈上升趋势，但有关部门和气象科学家已经采取了多种措施对气溶胶光
学厚度进行监测和控制，以确保大气环境的质量和人民健
康的安全。
气溶胶光学厚度遥感反演方法研究
气溶胶光学厚度遥感反演方法研究气溶胶光学厚度是指大气中可见光波段的气溶胶对光的吸收和散射能力，是研究大气污染和气候变化的重要参数之一。
随着遥感技术的发展，气溶胶光学厚度的遥感反演方法也越来越多样化。
本文将围绕气溶胶光学厚度的遥感反演方法展开探讨，并介绍其中几种常用的方法。
首先，我们来介绍一种基于太阳辐射的反演方法，即通过观测太阳辐射在大气中的衰减程度来推导气溶胶光学厚度。
该方法的基本原理是：利用太阳辐射的特定波段观测数据，与大气传输模型进行比对，通过比较模型计算的大气透过率和实际观测得到的透过率之间的差异，推导出气溶胶光学厚度。
这种方法的优点是简单且操作直观，但是需要准确的大气传输模型和太阳辐射观测数据。
另一种常用的反演方法是利用遥感数据中的多光谱信息进行反演。
这种方法利用多光谱数据中不同波长的光谱信息和气溶胶光学特性之间的关系，从而反演出气溶胶光学厚度。
常用的多光谱遥感数据包括MODIS卫星的数据和Landsat卫星的数据。
这种方法的优点是获取的数据较全面和准确，但是对大气参数和气溶胶光学特性的准确性要求较高。
此外，还有一些基于亮温数据的反演方法。
亮温是指地物在遥感图像中反射和辐射出的热能，不同的地物有不同的亮温值。
利用亮温数据可以推导出地表和大气的温度分布，从而推导出气溶胶光学厚度。
这种方法适用于全球遥感数据，但是对地表和大气温度的准确性有一定要求。
在不断深入研究中，一些新的反演方法也得到了发展。
例如，基于人工神经网络的反演方法。
通过训练神经网络，能够从遥感数据中学习到气溶胶光学厚度和其他大气参数之间的复杂非线性关系，从而实现准确的反演。
这种方法的优点是能够适应复杂的遥感数据，减少传统方法中的模型假设和参数要求，提高了反演的准确性。
综上所述，气溶胶光学厚度的遥感反演方法多样化且不断发展。
通过太阳辐射观测、多光谱数据分析、亮温数据推算和人工神经网络等方法，可以准确地反演出气溶胶光学厚度。
未来随着遥感技术的不断进步，反演方法将更加精细化和高效化，为大气污染和气候变化研究提供更加可靠的数据支持。
VIIRS高分辨率地表反射率关系库支持下的气溶胶光学厚度反演
ln（乙/入）
a 二-------------
<
ln（ Ai /A 2）'
Suomi-NPP VIIRS数据反演大气颗粒物质量浓度提供了重要数据源。
关键 词：气溶胶光学厚度；遥感；可见光红外成像辐射仪；反演算法；地表反射率关系库
中图分类号：P237
文献标识码：A
DOI 编码：10.3969/j.issn. 1673-6338.2021.03.012
VIIRS Aerosol Optical Depth Retrieval Based on High Resolution Surface Reflectance Ratio Database
面矢量文件对每日过境数据进行裁剪,确保裁剪
后的同区域影像行列号一致。反演只读取晴空像
元的表观反射率和太阳天顶角 、卫星天顶角、方
位角。
1.1.2地基验证数据
在AERONET获得与卫星过境前、后半小时
相对应的大气气溶胶地基观测数据， 将其作为验
证数据。采用2018-04-15—2018-05-15研究区域
收稿日期：2021-03-24 ；修回日期：2021-04-31 o 基金项目：国家重点研发计划项目(2017YFC1200300)。 作者简介：王联霞(1996-)，女，河南洛阳人，硕士生，主要研究方向为遥感技术应用。E-mail ：wlxbykl@
296
测绘科学技术学报
2021 年
台上运行以来，已经为全球的气溶胶时空分布提 供了大量的数据和产品。VIIRS ( Visible Infrared Imaging Radiometer Suite)作为新一代对地观测传 感器，是MODIS退役后获取全球气溶胶分布的重 要传感器。
气溶胶光学厚度遥感反演查找表的快速构建
_@LI@>NOPNIOQ;RR<<Z9V P;WROM<N;ON<L<R<VPIC;RHOVP:
6:O@>6:;@H<@> \;k9@
"#$$%&%#'"#()*+%,-./'#,(0+1#/ 2/&1/%%,1/& L%/0/ :/1;%,81+< >01'%/& L%/0/ )$+"") "71/0
气溶胶光学厚度 ;ON<L<R<VPIC;RHOVP:4b] 是大气污染 程度的一个指标4b]是大气气溶胶最基本的光学特性表征 大气浑浊度的一个重要指标& 就是大气气溶胶 因此实时有 效地掌握 4b]的时空分布信息对研究我国大部分地区多次受 雾霾侵扰具有重要意义
我国的环保部门对空气进行质量评价时需要实时广范围 的大气监测资料但现有的针对科学研究的大气遥感反演方法 难以在相关领域内业务化运行$ 美国宇航局利用中分辨率 传感器数据 \b]U2 在单机环境下对中国地区 # ZD分辨率的 大气污染参数进行反演该反演过程需要数个小时甚至更长时 间( 目前我国已经发射高分系列卫星中的高分二号卫星 其空间分辨率高达亚米级' 这对遥感反演算法的计算能力
提出了更高的要求 快速实现相关参数反演是未来遥感应用 的一个重要方向
测表观反射率是气溶胶光学厚度的函数也是地表反射率 的函数利用地 表 反 射 率 进 行 气 溶 胶 光 学 厚 度 遥 感 反 演 #"## 的这一过程必然存在大量的插值计算
本文以气溶胶光学厚度反演过程必然用到的查找表为突 破口运用计算机技术快速有效准确地实现气溶胶光学厚 度相关参数的反演
气溶胶的光学特性参数
气溶胶的光学特性参数气溶胶的光学特性参数（1）气溶胶光学厚度气溶胶光学厚度,英文名称为AOD（Aerosol Optical Depth）或AOT（Aerosol Optical Thickness），表示的是单位截面的垂直气柱上的透过率，有时候又叫大气混浊度，它是一个无量纲的正值。
数值范围在0-1之间，0代表完全不透明大气，1代表完全透明的大气，气溶胶光学厚度越大，大气透过率越低。
值的大小主要由气溶胶质粒的数密度、尺度分布、气溶胶类型等物理、光学属性来决定。
气溶胶光学厚度的反演：公式：L=L0+F*T*P/[1-S*P]L：传感器收到的辐射；L0：大气路径辐射；F：下行辐射P：地表反射率；T：大气透过率；S：大气半球反射率F*T*P/[1-S*P]：地表反射辐射对于大气路径辐射项L0,它只是大气气溶胶光学厚度和几何参数的函数,假如地表反射辐射比较小或为零,就可以通过大气路径辐射项来反演获得气溶胶光学厚度,对于地表反射辐射（F*T*P/[1-S*P]）来说，仅是气溶胶光学厚度的函数,如果消去路径辐射信息,便可以通过它来反演气溶胶光学厚度。
（2）散射相函数散射相函数反映的是电磁波入射能量经粒子散射后在方向上的分布，或者称相函数是粒子(散射体)将某个方向的入射波散射到其他方向的概率。
定义相函数P(θ)为在θ角方向的散射辐射能量与各向同性散射时该方向的散射辐射能量之比。
目前，常用的相函数有Mie散射相函数、HG相函数、双HG相函数和改进的HG*相函数等，这些函数各有优缺点。
Mie散射相函数：P Mie(θ)= [S1(θ)2 +S2(θ) 2]/ 2πα2 Qscaα=2πR/λ：球形气溶胶粒子的尺寸参数；S1(θ)、S2(θ)：散射振幅矩阵元；Qsca：气溶胶粒子的散射效率因子；S1(θ)、S2(θ)和Qsca可由Mie展开系数求解，Mie散射相函数适合于球形粒子求解。
（3）单次散射反照率单次散射反照率（single scattering albedo,SSA），在随机介质中传播的光将会被介质中的粒子散射和吸收而衰减，我们称之为消光，其中因散射而导致入射光消光在总消光中所占的比例，可以用粒子的平均单次散射反照率来表示，其定义为：0（x，m）= Cs（x，m）/C（x，m）C、Cs：粒子的消光截面和散射截面，消光截面是粒子或粒子群在电磁波传播路径上对电磁波衰减能力的度量；x=2πr/λ：为粒子的尺度因子，r、λ分别为粒子的半径和入射光的波长；m：复折射率，为复数m=n–ki，式中实数部分n为介质的折射率，虚数部分的k为介质的吸收系数；如果用Ca表示粒子的吸收截面，则应满足C=Cs+Ca；如果粒子对入射光完全无吸收，即Ca=0，于是C=Cs，反照率为1，达到它的最大值。
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。
[课件]基于MODIS数据的城市地区气溶胶光学厚度遥感反演研究(基于6s模型构建查找表)PPT
![[课件]基于MODIS数据的城市地区气溶胶光学厚度遥感反演研究(基于6s模型构建查找表)PPT](https://img.taocdn.com/s3/m/b4454d400b1c59eef8c7b489.png)
AOD遥感反演国外研究现状
国外利用遥感反演AOD进展呈现以下特点： [1] 始于20世纪70年代中期； [2] 从研究内容角度：利用卫星资料反演AOD取得了大量的研 究成果： 1）采用TERRA（AQUA） MODIS/MISR、PARASOL POLDER、 ENVISAT MERIS/AATSR等各种传感器进行AOD 反演，并基于太阳分光光度计的地基实测数据或者国际气溶 胶网（AERONET）观测数据进行精度验证； 2）基于不同的卫星传感器，进行AOD反演算法的改进或者 创新，形成了各种算法 ； 3）进行不同传感器之间 AOD反演的比较研究 ； 4）将反演的AOD和其他的环境、气候影响因子进行各种统 计相关分析，探求他们之间的相互影响机制 。
No Image
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技 术 路 线
主要内容
配合卫星的过境时间，在兰大本部科学馆楼顶，对2005年5 月到2006年4月的晴空天气进行了地面多波段光度计的连续 观测试验，得到了32天的有效数据，以方便验证卫星资料的 反演验证工作。
对基于Fortran语言的6S辐射传输模型进行了单像元和整幅影 像的反演试验，完成了MODIS数据的整幅影像的反演。
气溶胶光学厚度（AOD）
气溶胶光学厚度是指沿辐射路径传输过程中，单位面积上 所有吸收和散射气溶胶而产生的总削弱，是无量纲量。
研究背景、意义和目的
气溶胶在地球辐射收支平衡和全球气候变化中扮演着重要的 角色。 精确探测AOD，对于研究气候变化具有重要意义； 基于太阳分光光度计的地基探测方法可以比较准确地测量气 溶胶信息, 但获取的只是空间点上的数据，不能反映大区域 气溶胶时空分布； 卫星遥感反演方法具有覆盖面积广、信息获取方便、快捷等 特点，相对于地面观测可以更高效地获取大气气溶胶信息， 为人们实时了解大区域范围内的气溶胶变化提供了可能，因 此具有广泛的研究前景； 随着对地观测技术的实施以及定量遥感技术的发展，卫星遥 感AOD具有良好的发展前景；
MODIS气溶胶光学厚度产品应用论文
MODIS气溶胶光学厚度产品应用论文摘要：利用湿度订正和标高改正后的数据建立的模型，反映空气污染情况的精度有了提高，在步长为25的情况下，全年模型的拟合精度达到65.73%%，预测精度明显提高到了72.64%，结果应基本能满足空气污染等级监测的需要。
1 引言大气气溶胶的光学厚度是表征大气浑浊度的一个重要物理量，是确定气溶胶气候效应的一个关键因子，并在一定程度上能够反映区域大气的污染程度[1]。
本研究通过对MODIS气溶胶光学厚度和城市空气污染指数进行回归分析，从MODIS气溶胶光学厚度推算出城市空气污染指数。
用卫星遥感数据产品来替代需要通过繁复计算才得到的API值，以此来估算空气质量等级。
另外，对缺少地面观测台站的地区，通过遥感反演空气污染指数将具有更加实用的意义。
2 数据源简介本文气溶胶光学厚度（AOD）来源于中国气象科学数据共享服务网，时间跨度为2008年1月-2010年12月，是EOS.TERRA/MODIS传感器Level 2光学厚度产品。
空气污染指数（API）是一种反映和评价空气质量的方法[1]，来源于国家环境保护总局和环境监测总站网站。
气象数据包括相对湿度和水平能见度，均由中国气象科学数据共享服务网（http：///）提供。
3 研究过程本文使用284对MODIS Level 2气溶胶光学厚度产品的武汉地区AOD日均值和API、PM10浓度值数据进行回归分析，探讨卫星产品在空气质量监测中的应用；建立该地区AOD和API、PM10的回归模型，并分析了模型的模拟精度和预测精度。
284对数据中，提取出2008年-2009年共178组数据作为建模数据，2010年的106组数据作为验证数据。
本研究选用决定系数（coefficient of determination），这一指标来衡量实际数据与函数结果之间的差异。
3.1 直接比较利用该地区 MODIS 卫星遥感的全年AOD值与API、PM10污染物浓度进行一元二次回归拟合。
高分一号数据的气溶胶光学厚度反演和验证
高分一号数据的气溶胶光学厚度反演和验证许研;张炜;司一丹;李莘莘【摘要】针对高分辨率卫星遥感反演气溶胶光学厚度地表噪声难以分离的问题,利用国产“高分一号”(GF-1)的数据特点,提出了一种气溶胶光学厚度反演方法和处理流程.该方法分别基于暗像元和深蓝算法去除了浓密植被和城市亮目标地区的地表贡献,并应用于我国污染较为严重的京津冀、长三角、珠三角等示范区域.利用北京、杭州、香港AERONET地基观测数据,对GF-1反演得到的气溶胶光学厚度进行验证,结果表明:气溶胶高值均集中在三大区域工业排放大和人类活动密集的核心城市,年均光学厚度值在1左右.卫星和地基的相关性总体较好,三大区域的相关系数分别达到了0.71、0.55、0.54.受云识别、亮地表覆盖和气溶胶模式假设等影响,GF-1反演的气溶胶光学厚度存在一定程度的偏差.【期刊名称】《遥感信息》【年(卷),期】2016(031)005【总页数】6页(P60-65)【关键词】高分一号;暗像元算法;深蓝算法;气溶胶光学厚度;反演;AERONET【作者】许研;张炜;司一丹;李莘莘【作者单位】安阳工学院计算机科学与信息工程学院,河南安阳455000;中国科学院遥感与数字地球研究所遥感科学国家重点实验室,北京100101;安阳工学院计算机科学与信息工程学院,河南安阳455000;中国科学院遥感与数字地球研究所遥感科学国家重点实验室,北京100101;中国科学院遥感与数字地球研究所遥感科学国家重点实验室,北京100101;中国科学院遥感与数字地球研究所遥感科学国家重点实验室,北京100101【正文语种】中文【中图分类】P208气溶胶是指均匀分散于大气中的固体微粒和液体微粒所构成的稳定混合体系。
气溶胶光学厚度(Aerosol Optical Depth，AOD)代表了整层大气内气溶胶颗粒物对可见光的衰减，是垂直方向上消光系数的积分。
尽管气溶胶在大气中的含量相对较少，但它在大气过程中所起的作用却不容忽视，影响着地球的气候和生态系统，导致地面能见度下降、空气质量恶化，并对公众健康造成威胁[1]。
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。
一种反演气溶胶光学厚度的改进方法
了对 比。在 ＭＯ Ｉ Ｄ Ｓ第 １ 和第 ２代气 溶胶反 演算 法 代
中［ ｕ ， 溶胶分 为粗 、 两个 模 态 。在计 算 表 观 反 １ ］气 细
射率时 ， 将气溶 胶粗 、 细模 态粒 子 的贡献分 开 考虑 ， 总
的表观反射率 由粗 、 细模 态粒子 对应 的反 射率加 权平 均得到 。Ｒ ｍｅ 等＿＿ ＭＯ Ｉ ｅ ｒ １对 ｌ Ｄ Ｓ第 １ 代气 溶胶反演算 法做 了详 细描 述 。第 １代 陆地 气溶 胶 算 法采 用 暗像 元 法 ， 利 用 Ｋ ｕｍａ 并 ａ ｆ ｎ等＿。＿ 究 拟 合 得 到 的 １ ３研
２ ０ｍ，５ ０ｍ 和 １ ０ 扫 描 幅 宽 ２ ３ ｍ。 自从 ５ ０ ０ ０ｍ， ３ ０ｋ
引 言
大气 气 溶 胶 指 悬 浮 在 大 气 中 的 固体 和 液 体 微 粒 。研究 表 明［ ］气 溶胶 对全 球 气候 有 着 直接 和 间 １，
接 的影 响 。一 方 面 ， 溶 胶 可 以通 过 对 辐 射 的吸 收 气
第２卷 第 ６ ２ 期
２１ ０ １年 １ 月 ２
应 用 气 象 学 报
Ｊ ＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＡＰＰ ＥＤ Ｅ ＯＲＯＬＯＧＩ ＬＩ Ｍ ＴＥ ＣＡＩ ＣＩ ＮＣＥ Ｓ Ｅ
Ｖｏ ． ２，Ｎｏ ６ １２ ．
Ｄｅ ｅ ｅ ０ ｃ ｍｂ ｒ ２ １ １
何 涛 ， 凤 生 ．一 种 反 演 气 溶 胶 光 学 厚 度 的改 进 方 法 ． 用 气 象 学 报 ，０ １２ （） ６ ３６ ２ 赵 应 ２ １ ，２ ６ ：６—７
性 的 影 响 ， 来 发 展 到 利 用 双 通 道 行 反 演 。 后 。进
定 红蓝通道 的地 表反射率 ， ０ ６ ｍ通 道 的地 表反 即 ．６ 射率是 ２ １ ｚ ． ２／ ｍ通道地 表反射率 的 １ ２ ０ ４ ｍ 通 ／ ， ． ７ｔ ｉ 道 的地 表反 射率是 ２ １ ｍ通 道地 表 反射 率 的 １ ４ ． ２ｔ ｉ ／。 Ｌｖ ｅ ｙ等 ¨ 总结 了第 ２代 ＭＯ Ｓ陆地 气溶 胶反 演 ＤＩ
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。
《2024年MODIS气溶胶光学厚度产品在地面PM10监测方面的应用研究》范文
《MODIS气溶胶光学厚度产品在地面PM10监测方面的应用研究》篇一一、引言随着工业化和城市化的快速发展，空气质量问题日益突出，其中颗粒物（PM）污染成为关注的焦点。
PM10作为颗粒物污染的重要指标之一，其浓度的准确监测对于环境保护和公众健康具有重要意义。
传统的地面PM10监测方法虽然具有一定的准确性，但存在空间覆盖范围小、成本高等问题。
近年来，遥感技术为PM10的监测提供了新的手段，其中MODIS（中分辨率成像光谱仪）气溶胶光学厚度产品以其高时空分辨率和广覆盖范围的特点，在地面PM10监测方面展现出巨大的应用潜力。
本文旨在研究MODIS气溶胶光学厚度产品在地面PM10监测方面的应用，为空气质量监测和治理提供科学依据。
二、MODIS气溶胶光学厚度产品概述MODIS是搭载在卫星上的遥感仪器，能够获取地球表面及大气层的信息。
气溶胶光学厚度是描述大气中气溶胶粒子对光的散射和吸收能力的物理量，与颗粒物的浓度密切相关。
MODIS气溶胶光学厚度产品通过遥感技术获取，具有高时空分辨率和广覆盖范围的特点，能够为地面PM10的监测提供有力的数据支持。
三、MODIS气溶胶光学厚度产品在地面PM10监测中的应用1. 数据获取与处理本研究首先从MODIS网站获取所需的气溶胶光学厚度产品数据，然后进行预处理，包括数据格式转换、投影转换、去云去噪等操作，以获得高质量的数据。
2. 模型构建与验证基于MODIS气溶胶光学厚度产品数据，构建地面PM10浓度的反演模型。
通过对比地面PM10实测数据与模型预测结果，验证模型的准确性和可靠性。
3. 结果分析根据模型预测结果，分析MODIS气溶胶光学厚度与地面PM10浓度的关系。
通过对比不同地区、不同时间的气溶胶光学厚度和PM10浓度数据，探讨其空间分布和时间变化规律。
四、实验结果与讨论1. 实验结果实验结果表明，MODIS气溶胶光学厚度产品能够有效地反映地面PM10的浓度变化。
通过构建反演模型，可以实现地面PM10浓度的快速预测。
沙尘气溶胶观测及消光系数的反演
沙尘气溶胶观测及消光系数的反演某市是多发生沙尘天气的地区之一。
本文利用某大学半干旱气候与环境监测站的微脉冲激光雷达CAMLTM（CE-370-2，CIMEL&CNRS）观测资料，分析某市不同天气条件下的气溶胶（沙尘气溶胶）垂直分布特征。
并利用雷达方程对其进行反演，得到了气溶胶的光学参数—消光系数和光学厚度。
本文通过分析激光雷达资料和消光系数的变化特征，总结出以下的结论：春季晴朗天气中，沙尘气溶胶浓度低，随时间变化不明显，随高度变化比较稳定。
大气中的气溶胶集中在2000m以下，500m以下的浓度最高。
气溶胶最主要来源是人类活动。
沙尘天气中，气溶胶浓度很高，时空变化很明显，气溶胶最主要来源是沙尘。
沙尘气溶胶集中在2000m以下，沙尘过境前后的浓度时空变化彼此不同，分布范围不稳定。
关键词：沙尘气溶胶，激光雷达，消光系数第一章引言1.1 简介气溶胶是浮在大气中的固体和液体微粒与气体载体组成的多相体系，例如：尘埃、烟粒、云雾滴、冰晶和雨雪等。
沙尘气溶胶的来源是土壤、岩石风化、火山喷发的尘埃等，对西部地区来说，以土壤为来源的气溶胶最多，西部地区比其它地区容易发生沙尘暴，西部干旱地区的沙尘气溶胶浓度比其他地区的沙尘气溶胶浓度高。
每年的春季是西部地区沙尘高发的季节，原因是春季的气温逐渐回升、但降水仍然很少、气候干燥、风力较强、土壤解冻后造成表面疏松，容易被气流带起进入到大气中，严重者形成沙尘暴。
沙尘气溶胶的观测，一方面能够表示该地区大气中颗粒物的污染程度，另一方面则能够表示该地区的天气现象的发展变化和气候变化。
它的影响主要有：1.沙尘气溶胶对太阳辐射的影响。
气溶胶对太阳辐射具有反射、散射、吸收等作用，无沙尘和有沙尘的情况下太阳辐射变化很大，对沙尘气溶胶光学特征参数的研究能够助于研究沙尘气溶胶对太阳辐射的影响。
2.沙尘气溶胶对天气过程的影响。
在湿度足够的条件下，气溶胶粒子是成云到降雨过程中非常重要的因素，它起着凝结核、冰核、冰冻核、冰化核等作用。
基于MODIS数据的气溶胶光学厚度遥感反演及灰霾关联性分析
基于MODIS数据的气溶胶光学厚度遥感反演及灰霾关联性分析谢元礼1管理1高志远1黄永红2黄帅1蒋广鑫1（1.西北大学城市与环境学院陕西西安7101272.西安星测数码信息技术有限公司陕西西安710054）摘要：基于MODIS L1B数据，利用暗像元法和6S模型，对西安地区2014年10月5日至2014年10月12日一次典型灰霾期间的气溶胶光学厚度进行了反演，并对反演结果进行了验证分析，研究了气溶胶光学厚度与灰霾的关联性。
研究表明，反演方法具有一定的可行性，气溶胶光学厚度与空气质量指数具有较强的关联性，可以通过气溶胶光学厚度的遥感反演来研究灰霾的时空迁移特性。
关键词：气溶胶遥感反演灰霾时空变化基金项目：陕西省自然科学基础研究计划（2017JM4035）1引言辐射在介质中传播时，被大气中固体或液体小质点形成的气溶胶散射、吸收而削弱，气溶胶光学厚度（aerosol optical depth，AOD）或（aerosol optical thickness，AOT）指一段路径上消光系数的积分，是大气气溶胶的重要光学特性，是反映大气污染状况的指标。
根据使用遥感数据的不同，气溶胶光学厚度反演的算法可以分为结构函数法、单通道算法、多角度多通道算法、偏振方法等。
暗像元算法属于多通道算法，经过多年的发展和改进已经成为气溶胶光学厚遥感反演的普遍方法。
由于植被覆盖较好的地区，地表反射率较低，该方法常被用于陆地区域的环境研究[1-6]。
电磁波进入大气后，一方面其路径方向多，另一方面其与介质和下垫面作用变化情况也复杂，因此同其他遥感反演模型一样，暗像元算法同样不具有地域的普适性[6]，对于西安或关中地区的适用性以及反演结果与空气质量的关联性有必要进行探索。
西安作为中华古都文化国际旅游目的地，空气质量在全国重点区域及74个城市空气质量状况排名中常处于后10名。
在针对西安地区的大气污染研究中，大多集中在利用地面观测数据对西安地区的气溶胶特性进行对比分析[7][8]，也开始利用遥感数据产品MODIS-AOD来研究西安地区及关中盆地气溶胶的时空变化[9]，但是利用气溶胶遥感反演的方法进行灰霾天西安地区的污染物空间格局变化研究较少。
基于HJ-1卫星数据的郑州市区PM10反演方法研究
基于HJ-1卫星数据的郑州市区PM10反演方法研究作者：许军强袁晶卢意恺李光辉来源：《环境与发展》2019年第04期摘要：大气可吸入颗粒物PM10已成为影响我国空气质量的首要污染物，对城市人居生态环境的改善和居民健康身体产生了不良影响，因此反演城市区域PM10浓度具有重要的理论与现实意义。
本文以郑州市区为研究对象，基于HJ-1的CCD数据反演了郑州市城区大气层气溶胶光学厚度（AOD），获取了近地面“干”消光系数（AODSEC-RH），建立了PM10浓度反演模型，实现了利用HJ-1卫星数据反演区域PM10浓度的目的。
该方法仅利用环境一号（HJ-1）的CCD数据和地面环境质量监测站点实测数据便可快速反演出区域PM10浓度，对追踪研究区污染物来源，提高环境执法监督加强大气污染防治具有重要意义。
关键词：气溶胶光学厚度（AOD）;PM10;反演中图分类号：X831 文献标识码：A 文章编号：2095-672X（2019）04-0-02Abstract：Inhalable particulate matter PM10 has become the primary pollutant affecting air quality in China， which has a negative impact on the improvement of urban human settlements ecological environment.Therefore，the inversion of PM10 concentration in urban areas has important theoretical and practical significance.In this paper，the atmospheric aerosol optical depth （AOD）of Zhengzhou city is inverted based on HJ-1 CCD data，and the near-surface “dry” extinction coefficient （AODSEC-RH） is obtained.The inversion model of PM10 concentration is established.The purpose of inversion of regional PM10 concentration using HJ-1 satellite data is realized. This method only uses the CCD data of Environment-1 （HJ-1） and the ground ring.The PM10 concentration can be quickly retrieved from the measured data of environmental quality monitoring stations，which is of great significance for tracing the source of pollutants in the study area， improving the supervision of environmental law enforcement and strengthening the prevention and control of air pollution.Key words：Aerosol optical depth （AOD）;PM10;Inversion工業化伴随着大量的资源消耗和持续的大气环境破坏，对社会和经济的可持续发展提出了挑战。
中国各省区近10年遥感气溶胶光学厚度和变化
关键词 ：中国；各省区 ；ＭＯ Ｓ ＤＩ ；气溶胶光学厚度（ ＯＤ ；变化趋势 Ａ ） 中图分类号 ：Ｘ１ ６ 文献标 志码 ：Ａ 文章编 号 ：１７ 。９ ６（ ０ ）０ —５ ５０ ６ ４５ ０ ２ １ １ ４０ ９ －５
大 气 气 溶 胶 是 指 悬 浮 在 大 气 中液 态 或 固态 的 微 小粒 子 。大气 中的气 溶 胶主要 来 源是 人类 活动 和 自然产 生 。前 者 主要 来 自于 石化燃 料使 用 、工业 排
中国各 省 区近 １ 遥 感 气 溶胶 光 学厚 度 和 变 化 Ｏ年
郑小波 ，周成 霞 ，罗宇翔 ，陈娟 ，Ｔ ａ ｌ ｎ Ｈ Ｏ ｉｎｉ ｇ ＺＡ 。 ａ
１ 贵州 省 山地环 境气 候研 究所 ／ ． ／ 贵州 省 山地气 候与 资源 重点 实验 室 ，贵 州 贵 阳 ５００ ；２ 贵 州省气 候 中心 ，贵 州 贵 阳 ５０ ０ ５ ０２ ． ５０ ２
近 １ 来最 低值 （ ．７ ０ａ ０３ ２０ ｏ有 １ 个省 区市 ＡＯ ７ Ｄ气候学变化倾 向率 为正值 ，变化 的范围为 ００ ６ ００ ９１ａ ． ～ ． ／０ 。有 １ 个 为负 ０ ９ ２ 值 ，变化 的范 围为．． ７ ． ３１ａ ００ —００ ／０ 。出现 ＡＯ 增加和减少趋势 的区域两极分化 ，即高排放地 区继续增加 ，低 排放 地区持 ３ ０ Ｄ
辨率成 像 光谱 仪（ ＭＯＤ Ｓ。 Ｉ）随着 ＮＡＳ Ａ开展 ＭＯ Ｓ ＤＩ 大气气 溶 胶光 学厚 度反 演业 务 ，为 研究 区域 尺度 的 气 溶 胶 输 送 和 分 布 提 供 了 极 大 帮 助 【－１ 由 于 ｌ１ 。 ９ ７ ＭＯ Ｓ的 Ｌ 数 据 集 的处理 技术 难度 等原 因 ，目前 ＤＩ ３ 还未见 分 析整个 中 国大 陆及 省级 ＡＯ 的研 究 。本 Ｄ 文 应用 近 １ 年 来 的 ＭＯ Ｓ资 料 ， ０ ＤＩ 分析 中国大陆 和
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引 言
光度计 反演 尽管 在 空 间连 续 性 上有 一 定 的缺 陷 ， 但 其 丰 富 的 信 息 含 量 和 相 对 成 熟 的 反 演 理 论 ， 于 某 对 些 重 要 地 区 气 溶 胶 的光 学 特 性 以及 气 溶 胶 卫 星 遥 感
大气 气 溶 胶 通 常 是 指 悬 浮 于 大 气 中直 径 小 于
目前 获取 大气 气溶 胶光 学厚度 资料 主要 手段 包 括地基遥 感 和卫 星遥感 。地 基遥感 方 法主要 有太 阳 直接辐射 的宽带分 光 辐 射 （ 阳光 度计 ） 感 、 波 太 遥 多
田宏 伟 郑 有飞 陈怀 亮 邓伟。 杜 子璇
（ １南 京信 息 ＿ 程 大 学 ， 京 ２ ０ ４ ； Ｔ 南 １ ０ ４ ２河 南 省 气 象 科 学 研 究 所 ， 州 ４ ０ ０ ； 郑 ５ ０ ３ ３中 国 气 象 局 农 业 气 象 保 障 与 应 用 技 术 重 点 开 放 实 验 室 ， 州 ４ ０ ０ ） 郑 ５ ０ ３
变 化 的 研 究 中 占 有 重 要 地 位 ｌ 。 气 溶 胶 光 学 厚 度 １ （ ｒ ｓｌ ｔ ａ Ｄｅ ｔ ， 称 Ａ Ａｅｏ ｏ Ｏｐｉ ｌ ｐ ｈ 简 ｃ ＯＤ） 为 最 重 要 的 作
天气对 其 的影 响进 行 了详尽 的探 讨 ， 霞 和邱 明艳 李
等 还 分 别 分 析 了气 象 要 素 对 乌 鲁 木 齐 和 青 岛 气 溶 胶 光 学 特 性 的 影 响 ｌ １ 。 。 但 是 由 于 缺 乏 足 够 的 地 基 观 测 资 料 ， 内 陆 半 干 旱 半 湿 润 地 区 气 溶 胶 光 学 厚 对
摘要
利用 Ｃ 一１ Ｅ ３ ８太 阳 光 度 计 ， 用 Ｂ ｕ ｕ ｒ ｍｂ ｒ 律 ， 演 郑 州 地 区 ２ ０ 采 ｏ ｇ ｅ ａ ｅ 定 Ｉ 反 ０ ８年 气 溶 胶 光 学 厚 度 ， 析 该 地 区 分
气 溶 胶 光 学 厚 度 的 Ｅ 变 化 和 月 变 化 特 征 ， 进 一 步 分 析 天 气 条 件 对 气 溶 胶 光 学 厚 度 的 影 响 。结 果 表 明 ： ０ ８年 郑 ｌ 并 ２０ 州地区气溶胶光学厚度与 ２０ ０ ７年 持 平 ， 长 指 数 有 所 增 大 。气 溶 胶 光 学 厚 度 存 在 明 显 的 季 节 变 化 ， 夏 高 ， 冬 波 春 秋 低 ， 低 值 出现 在 １ 最 ２月 ， 州 地 区气 溶 胶 光 学 厚 度 主 要 受 工 业 炯 尘 影 响 。工 作 日和 非 工 作 日气 溶 胶 光 学 厚 度 日变 郑 化 趋 势 存 在 差 异 ， 通 负 荷 的变 化 可 能 对 气 溶 胶 光 学 厚 度 的 日变 化 影 响 较 大 。轻 雾 和霾 均 能 引 起 气 溶 胶 光 学 厚 度 交 的 显 著 增 大 ， 且 轻 雾 对 气 溶 胶 光 学 厚 度 的影 响 大 于 霾 。沙 尘 过 程 中 ， 溶 胶 光 学 厚 度 急 剧 增 大 ， 并 气 而后 逐 渐 下 降 ， 并 逐 渐 恢 复 到 正 常水 平 ， 长 指 数 会 减 小 。 波 关 键 词 太 阳 光 度计 气 溶 胶 光 学 厚 度 天 气 现 象 变 化 规 律
常 重 要 的 意 义 ＿ ］ １ 。
年 全年 Ｃ 一 １ 观 测资 料反 演 气 溶胶 光 学厚 度 的 基 Ｅ３ ８
础 上 ， 论 了郑 州 地 区 气 溶 胶 光 学 厚 度 的 日变 化 和 讨 季节 变化 特征 ， 进一 步 分 析 了天 气 条 件对 气 溶胶 并 光 学 厚 度 的 影 响 ， 助 于 提 高 对 该 地 区 气 溶 胶 光 学 有 特性 的认 识 。
衡量直 接辐 射强迫 的物 理 量 之 一 ， 物理 意 义 是 沿 其
度 的研究 还不 多见 ， 蔡子 颖等通 过对 ２ ０ ０ ７年 ２月至 ９月 地 基 遥感 资 料 分 析 ， 步 揭示 了郑 州地 区气 溶 初
胶 光 学 厚 度 的 变 化 特 征 ， 指 出 夏 季 城 市 工 业 气 溶 并 胶 是郑 州地 区 主控 粒 子 之 一ｌ ２ 本 文 在 利 用 ２ ０ 。 ０８
辐射传 输路 径 ， 位 截 面上 因气 溶 胶 吸 收 和散 射 对 单
太 阳辐 射产 生 的总 削弱 ， 和 垂 直 方 向上 大 气 柱 总 它
的 气 溶 胶 浓 度 有 关 ， 衡 量 气 溶 胶 辐 射 强 迫 的 最 重 是 要 的 物 理 量 之 一 ， 于 研 究 气 溶 胶 的 气 候 效 应 有 非 对
１ ｍ 的 液 态 和 固 态 颗 粒 总 称 ， 质 量 仅 占 整 个 大 ０ 其
和辐射 强迫研 究 都有 着 十 分 重要 的意 义 ， 世界 范 在
围 内广 泛 使 用 ＿ ， ＡＥ ＯＮＥ ６。我 国 很 多 学 者 ｌ 如 Ｒ Ｔｌ Ｊ 用 太 阳 光 度 计 对 西 部 多 个 地 区 沙 尘 气 溶 胶 光 学 厚 度 进 行 反 演 和 研 究 ， 对 ＡＯＤ 变 化 规 律 及 沙 尘 并
气质量 的 十亿分 之 一 ， 由于其 可 以吸 收 和散 射 太 但 阳短 波辐射 以及地 球 长 波 辐 射 （ 接 辐 射强 迫 ） 影 直 ，
响 地 气 系 统 的 辐 射 平 衡 ， 且 可 以 作 为 凝 结 核 影 响 并
云 的辐射特 性 以及 作 为反应 表 面影响 化学 反应 的速 度（ 间接辐 射强迫 ） 大 气气 溶 胶 在 大 气 辐射 和气 候 ，
第 ３ ８卷第 ４期１ ８， ｏ ４ ．３ Ｎ ． Ａｕ ｇ． ２ ０ ０１
Ｍ ＥＴ Ｅ０Ｒ ｏ Ｌｏ Ｇ Ｉ ＣＡ Ｉ Ｓ ＥＮ ＣＥ Ｎ Ｄ ＣＩ Ａ ＴＥＣＨ Ｎ （ ＬＯ Ｇ Ｙ ）
郑 州地 区气 溶 胶 光 学 厚 度 反演 与分 析