大氣環(huán)境遙感課件

1、關(guān)于大氣環(huán)境遙感第1頁(yè)，共25頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)17分，星期四大氣氣溶膠影響能見度名古屋漢城北京巴黎第2頁(yè)，共25頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)17分，星期四氣態(tài)前體物及直排顆粒物 SO2, NO2, CO, EC, Soil dust, Ozone, VOC etc. 強(qiáng)日照 靜小風(fēng) 低濕度Sulfate, Nitrate, Organics, 大氣中嚴(yán)重的“灰霾”廣州 11月2日廣州 2003年 11月3日嚴(yán)重的灰霾天氣廣州 11月3日第3頁(yè)，共25頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)17分，星期四2003年11月下旬重灰霾污染事件（10.31-11.3）第4頁(yè)，共25頁(yè)，20

2、22年，5月20日，0點(diǎn)17分，星期四北京城近郊區(qū)多能見度（KM）分布圖城市混濁島第5頁(yè)，共25頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)17分，星期四1 大氣環(huán)境遙感監(jiān)測(cè)原理大氣的成分及分布 大氣的成分：多種氣體組成的干潔空氣、水汽及懸浮的氣溶膠顆粒組成的。 通常把除水汽以外的純凈大氣稱為干潔大氣（干空氣）。主要成分為N2、O2、Ar及CO2,占了空氣體積的99.966%以上。另外還有一些微量成分如H2、CH4、SO2等。 1.干潔空氣 水汽在大氣中所占的比例很小,僅0.1%-3%,卻是大氣中最活躍的成分。水對(duì)于地球上生命的意義以及水在地球大氣條件下存在的三相變化,使水汽不同于其他微量氣體而更具有重要

3、性. .水汽第6頁(yè)，共25頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)17分，星期四大氣的成分及分布 固體和液體小質(zhì)點(diǎn)分散并懸浮在氣體介質(zhì)中形成的膠體分散體系。 常見的霧、煙、靄、霾、微塵和煙塵等，都是天然的或人為的原因造成的大氣氣溶膠。 來(lái)源：天然源：風(fēng)吹細(xì)塵/微塵、海水濺沫蒸發(fā)形成微粒、火山爆發(fā)散落物、森林燃燒煙塵人為源：燃料燃燒、交通運(yùn)輸、工業(yè)排放等煙塵3.大氣氣溶膠（氣體分散體系）第7頁(yè)，共25頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)17分，星期四大氣環(huán)境遙感原理 太陽(yáng)輻射進(jìn)入地球之前必須通過大氣層，由于大氣對(duì)太陽(yáng)輻射具有吸收、散射和透射等作用，所以使得太陽(yáng)輻射到達(dá)地面的能量不斷衰減大氣對(duì)太陽(yáng)輻射的作用？

4、第8頁(yè)，共25頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)17分，星期四大氣環(huán)境遙感原理 通過大氣而較少被反射、吸收或散射的透射率較高的電磁輻射波段，就被稱為是大氣窗口。太陽(yáng)電磁輻射經(jīng)過大氣的各種衰減，到達(dá)地面后的比例很小，達(dá)到地面的能量?jī)H占入射總能量的31%。第9頁(yè)，共25頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)17分，星期四大氣環(huán)境遙感原理 大氣散射：在大氣中，除直達(dá)光以外還有散射光，叫天空光（Skylight），或者天空輻射（Sky radiation)，或者散射輻射（Diffuse radiation).它是由于大氣分子及大氣中氣溶膠的影響而造成的太陽(yáng)光的散射。大氣對(duì)太陽(yáng)輻射具有吸收、散射和透射等作用第1

5、0頁(yè)，共25頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)17分，星期四大氣環(huán)境遙感原理 大氣散射：電磁輻射在傳播過程中遇到小微粒而使傳播方向改變，并向各個(gè)方向散開。大氣散射和大氣吸收的異同點(diǎn)？相同點(diǎn)：原傳播方向的輻射強(qiáng)度減弱吸收作用使輻射能量轉(zhuǎn)變?yōu)榉肿拥膬?nèi)能，從而引起這些波段太陽(yáng)輻射強(qiáng)度的衰減散射：使原傳播方向的輻射強(qiáng)度減弱，增加向其他方向的輻射散射改變了太陽(yáng)輻射的方向，但是并不改變太陽(yáng)輻射的強(qiáng)度第11頁(yè)，共25頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)17分，星期四1 選擇性散射散射強(qiáng)度與波長(zhǎng)有關(guān)瑞利（Rayleigh）散射 米氏（Mie）散射 大氣環(huán)境遙感原理 大氣散射第12頁(yè)，共25頁(yè)，2022年，5月20日

6、，0點(diǎn)17分，星期四瑞利散射引起這種散射的粒子主要是大氣中的原子和分子發(fā)生的條件：大氣中粒子的直徑比波長(zhǎng)小的多（d ）散射特點(diǎn)：散射強(qiáng)度與波長(zhǎng)無(wú)關(guān)為什么我們看到的云和霧是白色、灰白色？ 大氣環(huán)境遙感原理 無(wú)選擇性散射發(fā)生的條件？散射的特點(diǎn)？引起這種散射的大氣成分？大氣散射第15頁(yè)，共25頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)17分，星期四2 大氣遙感應(yīng)用氣溶膠監(jiān)測(cè)當(dāng)前氣溶膠光學(xué)厚度監(jiān)測(cè)的方法主要有地基遙感和衛(wèi)星遙感。氣溶膠粒子經(jīng)過對(duì)入射輻射的散射和吸收作用，使入射輻射的性質(zhì)及強(qiáng)度發(fā)生了變化。通過測(cè)量入射輻射性質(zhì)的變化便可以反演氣溶膠粒子的特性，這是遙感氣溶膠的基本原理。遙感監(jiān)測(cè)氣溶膠的基本原理：第1

7、6頁(yè)，共25頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)17分，星期四大氣遙感應(yīng)用氣溶膠監(jiān)測(cè)地基探測(cè)的方法有很多 應(yīng)用一：氣溶膠的監(jiān)測(cè)主要有太陽(yáng)輻射計(jì)、粒子計(jì)數(shù)器等方法。地基探測(cè)方法可以準(zhǔn)確提供當(dāng)?shù)貧馊苣z信息地基測(cè)定方法受到人力物力的限制，探測(cè)范圍較小，并且在廣大的海洋、沙漠等無(wú)人區(qū)域難以進(jìn)行，也不能獲得大范圍的氣溶膠時(shí)空分布變化思考：地基探測(cè)方法的優(yōu)缺點(diǎn)？第17頁(yè)，共25頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)17分，星期四大氣遙感應(yīng)用氣溶膠監(jiān)測(cè)衛(wèi)星遙感彌補(bǔ)了一般地面觀測(cè)難以反映空間具體分布和變化趨向的不足，為人們?nèi)旌?、?shí)時(shí)了解大范圍的氣溶膠變化提供了可能但是由于遙感方法對(duì)于光學(xué)厚度反演過程中源于地表反照率和

8、氣溶膠模型帶來(lái)的誤差難以估計(jì)，因此衛(wèi)星遙感需要同時(shí)有地面遙感觀測(cè)進(jìn)行對(duì)比與校正第18頁(yè)，共25頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)17分，星期四大氣遙感應(yīng)用氣溶膠監(jiān)測(cè)衛(wèi)星遙感氣溶膠，必須從衛(wèi)星遙感的輻射值中區(qū)分出哪些來(lái)自下墊面反射，多少是氣溶膠的多次散射值在晴空的條件下，衛(wèi)星上探測(cè)到的輻射由下墊面反射的太陽(yáng)輻射透過氣溶膠部分與氣溶膠多次散射返回太空的部分組成 衛(wèi)星遙感氣溶膠的研究始于七十年代中期 在晴空的條件下，衛(wèi)星上探測(cè)到的輻射由幾部分組成？ 第19頁(yè)，共25頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)17分，星期四大氣遙感應(yīng)用氣溶膠監(jiān)測(cè)大陸型氣溶膠光學(xué)厚度反演方法暗像元法 陸地上空遙感氣溶膠的最大困難是地

9、表反射輻射的扣除問題？如果要是亮背景（地表反射率比較大），地表反射輻射的扣除就比較困難 如果地表反射比較低，在遙感影像上表現(xiàn)為暗背景，如果下墊面沒有反射率（如反射率小于10%），這樣是不是基本上不需要扣除下墊面背景輻射的影響問題？也就是說(shuō)衛(wèi)星遙感的輻射值就是大氣中氣溶膠的多次散射輻射值？第20頁(yè)，共25頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)17分，星期四大氣遙感應(yīng)用氣溶膠監(jiān)測(cè)陸地上的稠密植被、濕土壤及水體覆蓋區(qū)在可見光波段反射率很低，在衛(wèi)星圖像上稱為暗像元 大陸型氣溶膠光學(xué)厚度反演方法暗像元法 模擬及觀測(cè)研究表明，在晴空無(wú)云的暗像元上空，衛(wèi)星觀測(cè)反射率隨大氣氣溶膠光學(xué)厚度單調(diào)增加，利用這種關(guān)系反演大

10、氣氣溶膠光學(xué)厚度的算法，稱為暗像元方法。水體在整個(gè)可見光和近紅外區(qū)的地表反射率都很低，濃密植被在紅波段(0.6-0.7m ) 和藍(lán)波段(0.4-0.5m )的反射率也非常低 第21頁(yè)，共25頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)17分，星期四大氣遙感應(yīng)用氣溶膠監(jiān)測(cè)大陸型氣溶膠光學(xué)厚度反演方法暗像元法 暗像元方法利用大多數(shù)陸地表面在紅（0.60-0.68m ）和藍(lán)（0.40-0.48m ）波段反射率低的特性，根據(jù)植被指數(shù)（NDVI）或中紅外通道（2.12m ）反射率進(jìn)行暗像元識(shí)別，并依據(jù)一定的關(guān)系假定這些暗像元在可見光紅或藍(lán)通道的地表反射率，反演氣溶膠光學(xué)厚度。第22頁(yè)，共25頁(yè)，2022年，5月20

11、日，0點(diǎn)17分，星期四大氣遙感應(yīng)用氣溶膠監(jiān)測(cè)步驟大陸型氣溶膠光學(xué)厚度反演方法暗像元法 氣溶膠對(duì)空間觀測(cè)輻射的影響隨波長(zhǎng)增加而遞減，到中紅外波段氣溶膠對(duì)觀測(cè)輻射的影響要比可見光波段小得多第一步：選取暗像元，確定其地表反射率在陸地上，有茂密植被覆蓋的地區(qū)，2.12m通道衛(wèi)星觀測(cè)表觀反射率幾乎不受氣溶膠的影響?？梢杂?.12m通道的表觀反射率代替2.12m通道的地表反射率，確定可見光紅通道和藍(lán)通道地表反射率第23頁(yè)，共25頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)17分，星期四氣溶膠監(jiān)測(cè)步驟大陸型氣溶膠光學(xué)厚度反演方法暗像元法 Kaufman Y J et al發(fā)現(xiàn)對(duì)于陸地上的暗地表（濃密植被或黑土），紅（0.66m ）、藍(lán)（0.47m ）和中紅外（2.12m ）通道地表反射率存在著線性關(guān)系：第