气溶胶光学厚度的高光谱遥感反演及其环境效应

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1、气溶胶光学厚度的高光谱遥感反演及其环境效应【摘要】：气溶胶是研究全球气候变化和大气污染的重要参数，也是进行定量遥感必须获得的参数。本文针对人口密集、工业化程度高的城市区域范围，探索高光谱数据遥感反演气溶胶光学厚度的方法，应用中科院上海技术物理研究所自行研制的模块化成像光谱仪(OMIS)，结合MODIS卫星资料和地面太阳光度计监测，试图形成“星载—机载—地面”三个高度立体遥测，实现城市气溶胶光学厚度的反演，并进一步研究其环境效应。具体工作及结果如下：1)比较分析各种气溶胶光学厚度遥感反演方法的适用性和局限性，并介绍了太阳光度计地基遥测原

2、理。2)分别介绍了MODIS、OMIS和地基高光谱数据的特点及数据预处理过程、分析典型地物的光谱特征。3)采用高反差地表法，对2002年10月7日的机载OMIS高光谱数据，进行了气溶胶光学厚度反演的尝试性试验，给出了初步的反演结果，在502-590nm波段处的气溶胶光学厚度值在0.175-0.314之间。反演结果符合当天的空气质量状况，与能见度进行比较，以证明反演结果的正确性，说明利用高光谱、高空间分辨率的机载遥感数据可以反演城市气溶胶光学厚度。4)进行大气辐射传输模型的模拟与分析，利用MODIS红、蓝通道数据分析地表反射率、气溶胶类

3、型、气溶胶组份、水汽、臭氧等因素对气溶胶反演的影响；建立了表观反射率—地表反射率—气溶胶光学厚度之间的查算表，结合城市地表特点，探索基于MODIS数据的双目标对比法进行气溶胶光学厚度的反演。5)利用地面站点能见度和卫星遥感的气溶胶光学厚度资料，建立了一个二者之间季节平均的简单关系，得到上海地区各季的气溶胶标高在春季、夏季、秋季和冬季分别为：1251m，1957m，791.7m和776.4m；并利用标高数据和气溶胶光学厚度的季节分布，反演上海地区区域能见度的季节平均分布，证实上海城区在冬春季平均能见度较差，市区中心能见度在10km以下；

4、低能见度中心分布明显，且主要分布在杨浦、桃浦、吴淞等工业区范围。6)利用MODIS气溶胶产品及太阳光度计实测数据，分析上海及周边地区气溶胶光学厚度的时空变化特征；将MODIS气溶胶产品与地面污染资料、气象资料进行比较分析，发现AOD与PM_(10)的相关性最好，出现AOD大值的日子里相对湿度大，风速较低，能见度低，大气相对比较稳定，不利于污染物的稀释扩散。7)通过因子分析，选取公因子F1(污染因子)、F2(温度气压因子)、F3(湿度和辐射因子)、F4(风速因子)、F5(气溶胶光学厚度)作为评价大气污染程度的主要影响因子，以MODIS遥

5、感的气溶胶产品作为衡量大气浑浊度和气溶胶污染等级划分的指标，将气溶胶污染划分为：弱、较弱、中等、较强、强五级。【关键词】：气溶胶光学厚度(AOD)模块化成像光谱仪(OMIS)中分辨率成像光谱仪(MODIS)太阳光度计【学位授予单位】：华东师范大学【学位级别】：博士【学位授予年份】：2006【分类号】：X513【目录】：第一章引言12-26第一节城市气溶胶污染研究背景及意义12-18第二节高光谱研究概况18-21第三节国内外气溶胶遥感研究概况及动向21-24第四节本文研究目标与主要研究内容24-26第二章气溶胶光学厚度反演算法26-35

6、第一节引言26第二节气溶胶光学厚度反演原理和算法26-32第三节太阳光度计遥感气溶胶原理32-34第四节小结34-35第三章机载高光谱数据反演气溶胶光学厚度35-55第一节成像光谱仪概况35-36第二节机载OMIS高光谱数据特点及预处理36-43第三节典型地物高光谱数据的特点与预处理43-47第四节机载OMIS地表反差法反演气溶胶光学厚度47-54第五节小结54-55第四章星载高光谱数据反演气溶胶光学厚度55-75第一节星载MODIS高光谱数据55-60第二节基于MODIS遥感数据的气溶胶反演60-74第三节小结74-75第五章气溶胶

7、光学厚度的环境污染研究75-88第一节利用光学厚度反演地面能见距的季节分布75-81第二节气溶胶光学厚度资料应用于环境污染研究81-86第三节小结86-88第六章上海市城市大气污染等级划分88-104第一节上海市大气气溶胶光学厚度变化特征88-95第二节上海市城市大气污染因子分析95-100第三节上海市城市大气污染等级划分100-103第四节小结103-104第七章结论与展望104-107第一节本文研究的主要内容和结论104-105第二节存在的不足和未来研究任务105-107附录107-116附件1:国际上主要航空成像光谱仪一览表10

8、7-109附件2:OMIS-1光谱定标109-110附件3:攻读研究生期间所撰写的学术文章、科研成果和参加的科研项目110-112附件4:航空高光谱遥感反演边界层气溶胶光学厚度的大气校正法发明专利112-114附件5:航