氣溶膠光學(xué)厚度的高光譜遙感反演及其環(huán)境效應(yīng).pdf

1、氣溶膠是研究全球氣候變化和大氣污染的重要參數(shù)，也是進(jìn)行定量遙感必須獲得的參數(shù)。本文針對(duì)人口密集、工業(yè)化程度高的城市區(qū)域范圍，探索高光譜數(shù)據(jù)遙感反演氣溶膠光學(xué)厚度的方法，應(yīng)用中科院上海技術(shù)物理研究所自行研制的模塊化成像光譜儀(OMIS)，結(jié)合MODIS衛(wèi)星資料和地面太陽(yáng)光度計(jì)監(jiān)測(cè)，試圖形成“星載—機(jī)載—地面”三個(gè)高度立體遙測(cè)，實(shí)現(xiàn)城市氣溶膠光學(xué)厚度的反演，并進(jìn)一步研究其環(huán)境效應(yīng)。具體工作及結(jié)果如下： 1)比較分析各種氣溶膠光學(xué)厚

2、度遙感反演方法的適用性和局限性，并介紹了太陽(yáng)光度計(jì)地基遙測(cè)原理。 2)分別介紹了MODIS、OMIS和地基高光譜數(shù)據(jù)的特點(diǎn)及數(shù)據(jù)預(yù)處理過(guò)程、分析典型地物的光譜特征。 3)采用高反差地表法，對(duì)2002年10月7日的機(jī)載OMIS高光譜數(shù)據(jù)，進(jìn)行了氣溶膠光學(xué)厚度反演的嘗試性試驗(yàn)，給出了初步的反演結(jié)果，在502-590nm波段處的氣溶膠光學(xué)厚度值在0.175-0.314之間。反演結(jié)果符合當(dāng)天的空氣質(zhì)量狀況，與能見(jiàn)度進(jìn)行比較，

3、以證明反演結(jié)果的正確性，說(shuō)明利用高光譜、高空間分辨率的機(jī)載遙感數(shù)據(jù)可以反演城市氣溶膠光學(xué)厚度。 4)進(jìn)行大氣輻射傳輸模型的模擬與分析，利用MODIS紅、藍(lán)通道數(shù)據(jù)分析地表反射率、氣溶膠類(lèi)型、氣溶膠組份、水汽、臭氧等因素對(duì)氣溶膠反演的影響；建立了表觀反射率—地表反射率—?dú)馊苣z光學(xué)厚度之間的查算表，結(jié)合城市地表特點(diǎn)，探索基于MODIS數(shù)據(jù)的雙目標(biāo)對(duì)比法進(jìn)行氣溶膠光學(xué)厚度的反演。 5)利用地面站點(diǎn)能見(jiàn)度和衛(wèi)星遙感的氣溶膠光

4、學(xué)厚度資料，建立了一個(gè)二者之間季節(jié)平均的簡(jiǎn)單關(guān)系，得到上海地區(qū)各季的氣溶膠標(biāo)高在春季、夏季、秋季和冬季分別為：1251m，1957m，791.7m和776.4m；并利用標(biāo)高數(shù)據(jù)和氣溶膠光學(xué)厚度的季節(jié)分布，反演上海地區(qū)區(qū)域能見(jiàn)度的季節(jié)平均分布，證實(shí)上海城區(qū)在冬春季平均能見(jiàn)度較差，市區(qū)中心能見(jiàn)度在10km以下；低能見(jiàn)度中心分布明顯，且主要分布在楊浦、桃浦、吳淞等工業(yè)區(qū)范圍。 6)利用MODIS氣溶膠產(chǎn)品及太陽(yáng)光度計(jì)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，分析上

5、海及周邊地區(qū)氣溶膠光學(xué)厚度的時(shí)空變化特征；將MODIS氣溶膠產(chǎn)品與地面污染資料、氣象資料進(jìn)行比較分析，發(fā)現(xiàn)AOD與PM10的相關(guān)性最好，出現(xiàn)AOD大值的日子里相對(duì)濕度大，風(fēng)速較低，能見(jiàn)度低，大氣相對(duì)比較穩(wěn)定，不利于污染物的稀釋擴(kuò)散。7)通過(guò)因子分析，選取公因子F1(污染因子)、F2(溫度氣壓因子)、F3(濕度和輻射因子)、F4(風(fēng)速因子)、F5(氣溶膠光學(xué)厚度)作為評(píng)價(jià)大氣污染程度的主要影響因子，以MODIS遙感的氣溶膠產(chǎn)品作為衡量大氣

6、渾濁度和氣溶膠污染等級(jí)劃分的指標(biāo)，將氣溶膠污染劃分為：弱、較弱、中等、較強(qiáng)、強(qiáng)五級(jí)。 尋求氣溶膠光學(xué)厚度等級(jí)—能見(jiàn)度等級(jí)-API指數(shù)之間的關(guān)系，綜合提煉出城市空氣質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)。 通過(guò)本文的研究，一方面驗(yàn)證了OMIS機(jī)載高光譜成像數(shù)據(jù)的可用性；另一方面研究城市背景上的氣溶膠光學(xué)特性與局地空氣污染，探索一種有效研究污染物的區(qū)域分布、污染來(lái)源和輸送診斷的新方法，不僅可以用于遙感中的大氣校正，也可以直接或間接用于指示空氣