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(μ

s )T(μ

v

)(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：ρ

0、S、T(μ

s

)T(μ

v

)。

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L

obs

与MODTRAN模拟的大气总辐射

L

total

是否相等。

4.如果不等，就改变ρ，再用MODTRAN重新计算L

total

，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ρ

map

，计算到

气溶胶光学厚度分布τ

map

。

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。

3.利用NDVI识别出浓密植被作为暗像元。

4.根据红波段反射率与近红外波段反射率的对应关系，确定红波段的地表反射

率。

5. 确定气溶胶模式

6. 辐射传输计算，利用MODTRAN 模型可以反演出各种模式下的气溶胶厚度散点

图，为了提高反演的精度，可在编程中实现，将MODTRAN 辐射传输模型通过COM 组建直接内嵌入VC 程序中，而不是通过查找表进行反演计算。

7. 采用遗传算法优化最优解得到气溶胶光学厚度。P

使用法国CIMEL 公司研制的自动跟踪太阳光度计CE318进行反演

方法：

1. CE318在地面测量直射太阳辐射和天空辐射，在可见光和近红外的独立通道

上进行测量，来确定大气透过率和散射特性。通过两个量的测量来推算反演大气气溶胶光学辐射特性（光学厚度、粒子谱分布、单次散射反照率、相函数和折射指数）。

2. 根据以往研究经验可以知道对于水汽，只在936nm 波段上考虑，对于O 3则

在每个波段上340—1020nm 之间的波段都考虑，而其他一些吸收气体诸如NO 2和CO 2在太阳光度计所配置的波段上影响非常小，因此可以忽略。

3. 先计算不考虑水汽时候的气溶胶光学厚度

4. 根据公式τa （λ）=τtotal （λ）－τr （λ）－τoz （λ），可以得出计算大

气光学厚度的方法。其中τa （λ）为气溶胶光学厚度，τtotal （λ）为大气

总光学厚度，τr （λ）为大气分子瑞利散射光学厚度，τoz （λ）为臭氧的

光学厚度。

A. 由于太阳分光光度计的探测元件是线性元件，仪器输出的DN 值与太阳辐照度之间是线性关系的所以：τtotal （λ）=(1/m)*ln[DN 0(λ)d s /DN(λ)]。

（m 为大气质量，DN 0为CIMEL 公司提供的定标数据）

B. τr （λ）=0.008569λ-4（1+0.0113λ-2+0.00013λ-4）×（P ／1013.25）

e -0.125h ，在公式中h 为观测点的海拔，P 为观测点在观测期间的大气气压。

C. τoz （λ）=a oz （λ）×U ／1000，在公式中a oz （λ）为臭氧吸收系数（由

CIMEL 公司提供）。U 为臭氧含量（单位为DU ，可以从NASA 网站提供的地球探测遥感器TOMS 的遥感数据处获取）。

5. 根据以上公式可以计算出不考虑水汽情况下的气溶胶光学厚度。接下来计算

考虑水汽情况下的气溶胶光学厚度。

6. 当没有水汽影响的波段上的气溶胶光学厚度反演实现之后，在气溶胶粒子的

谱分布满足Junge 分布的情况下，Angstrom 指出气溶胶的光学厚度跟波长之间的关系可以用下面的公式表示：τa （λ）=βλ—α；其中α为反粒子大

小，β为大气浑浊度指数（与气溶胶粒子总数、粒子谱分布和折射指数有关）。 设λ1，λ2没有水汽影响则有：

τa （λ1）=βλ1—α；τa （λ2）=βλ2—α

通过以上公式可以得出：

α=－ln[τa （λ1）／τa （λ2）]／ln （λ1／λ2）

β=τa （λ1）／λ1—α

从而可以得到936nm 的气溶胶光学厚度。

使用NOAA-14极轨卫星甚高分辨率辐射计（AVHRR ）可见光单通道资料反演气溶胶光学厚度