城市地區(qū)大氣氣溶膠遙感反演研究.pdf

1、本文主要研究城市地區(qū)的氣溶膠反演問(wèn)題，反演的氣溶膠參數(shù)有：氣溶膠光學(xué)厚度和氣溶膠的粒子譜。文中主要研究了兩種衛(wèi)星數(shù)據(jù)的城市地區(qū)氣溶膠反演方法：一種是國(guó)外在軌運(yùn)行的中分辨率成像光譜儀(MODIS)數(shù)據(jù)，具有36個(gè)通道，空間分辨率分別為250米、500米和1000米；一種是國(guó)內(nèi)的即將發(fā)射的環(huán)境與減災(zāi)衛(wèi)星(HJ-1)高光譜成像儀數(shù)據(jù)，具有約135個(gè)通道，空間分辨率為100米。根據(jù)不同衛(wèi)星數(shù)據(jù)的空間分辨率及光譜分辨率等參數(shù)特征，文中共使用三種氣

2、溶膠光學(xué)厚度反演方法反演城市地區(qū)的氣溶膠光學(xué)厚度，分別是：結(jié)構(gòu)函數(shù)法、濃密植被算法及高反差地表法，使用高反差地表法反演的環(huán)境與減災(zāi)衛(wèi)星的多波段氣溶膠光學(xué)厚度反演了氣溶膠的粒子譜。 濃密植被算法能夠很好的反演陸地上濃密植被像元的氣溶膠光學(xué)厚度，對(duì)于城市地區(qū)而言，當(dāng)衛(wèi)星數(shù)據(jù)的空間分辨率較高時(shí)，城市中分布較多的森林公園、草坪等區(qū)域，可以作為濃密植被算法反演時(shí)要求的濃密植被像元；當(dāng)衛(wèi)星數(shù)據(jù)的空間分辨率較低時(shí)，難以找到滿足濃密植被要求的像

3、元，致使?jié)饷苤脖凰惴ê茈y在城市這樣的地區(qū)使用，基于大氣透過(guò)率的結(jié)構(gòu)函數(shù)法(又稱對(duì)比算法)可以適用于高反射率地區(qū)氣溶膠光學(xué)厚度反演，有望解決城市地區(qū)氣溶膠光學(xué)厚度的反演問(wèn)題；對(duì)于高光譜數(shù)據(jù)，高反差地表法能夠方便的反演出在其波段設(shè)置范圍內(nèi)的氣溶膠光學(xué)厚度的譜分布，幫助我們更清楚的了解氣溶膠的尺度譜分布等性質(zhì) 根據(jù)MODIS數(shù)據(jù)的空間分辯率特點(diǎn)，文中使用結(jié)構(gòu)函數(shù)法反演MODIS數(shù)據(jù)城市地區(qū)的氣溶膠光學(xué)厚度。由于城市地區(qū)地表的空間結(jié)構(gòu)非

4、常復(fù)雜，地表二向反射特性非常明顯，給結(jié)構(gòu)函數(shù)法精確反演城市地區(qū)的氣溶膠光學(xué)厚度帶來(lái)了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，為降低城市地區(qū)地表的二向反射特性對(duì)結(jié)構(gòu)函數(shù)法反演氣溶膠光學(xué)厚度的影響，文中發(fā)展了城市地區(qū)的BRDF模型，并將BRDF模型用于北京地區(qū)的氣溶膠光學(xué)厚度反演。在城市地區(qū)BRDF模型構(gòu)建時(shí)，兩個(gè)重要的影響因素是城市地區(qū)的植被覆蓋面積比和城市的幾何結(jié)構(gòu)。為精確反演出城市地區(qū)的植被覆蓋面積比，本文提出了一種新的用于城市地區(qū)植被覆蓋面積比的計(jì)算方法，并成功

5、用于北京市區(qū)植被覆蓋面積比的計(jì)算。文中使用構(gòu)建的BRDF模型結(jié)合MODIS衛(wèi)星數(shù)據(jù)反演了北京市區(qū)的樓房等效光學(xué)高度。 對(duì)于城市地區(qū)這一特殊的地表結(jié)構(gòu)，本文提出改進(jìn)的結(jié)構(gòu)函數(shù)計(jì)算方法，與傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)函數(shù)法相比，在城市地區(qū)具有更高的穩(wěn)定性。將構(gòu)建的城市BRDF模型與結(jié)構(gòu)函數(shù)法結(jié)合，反演了北京市區(qū)的氣溶膠光學(xué)厚度，反演結(jié)果與北京市環(huán)境監(jiān)測(cè)站的環(huán)境污染監(jiān)測(cè)結(jié)果以及北京地區(qū)AERONET測(cè)站的測(cè)量結(jié)果具有很好的一致性。 文中使用濃密

6、植被法研究了環(huán)境與減災(zāi)衛(wèi)星高光譜數(shù)據(jù)反演紅藍(lán)波段氣溶膠光學(xué)厚度的方法。由于環(huán)境與減災(zāi)衛(wèi)星將于2007年發(fā)射，文中使用HYPERION高光譜數(shù)據(jù)模擬了不同氣溶膠光學(xué)厚度條件下的環(huán)境與減災(zāi)衛(wèi)星高光譜數(shù)據(jù)，并將模擬的數(shù)據(jù)使用濃密植被算法進(jìn)行了氣溶膠光學(xué)厚度反演分析，氣溶膠光學(xué)厚度反演時(shí)使用NDVI指數(shù)確定城市中的濃密植被像元。 為利用環(huán)境與減災(zāi)衛(wèi)星高光譜分辨率的優(yōu)勢(shì)，文中使用高反差地表法反演了氣溶膠光學(xué)厚度的譜分布，并使用反演的多波段