-余濤-氣溶膠遙感反演研究20150714

b氣溶膠遙感反演研究1余濤2015071422衛(wèi)星大氣氣溶膠監(jiān)測的意義氣溶膠特性獲取分析及衛(wèi)星監(jiān)測現(xiàn)狀3

SART說明6內(nèi)容提綱衛(wèi)星大氣氣溶膠參數(shù)反演5中國氣溶膠特性分析4

大氣氣溶膠特性1大氣中懸浮著的各種固體和液體微粒，尺度在10-4微米到100微米之間。PM2.5是氣溶膠。PM，英文全稱為particulatematter(顆粒物），是評價某一地方空氣質(zhì)量的重要指標(biāo)。PM包括PM2.5（大氣中直徑小于2.5微米的可入肺顆粒物，2013年2月28日，“PM2.5”規(guī)范中文名，正式命名為“細(xì)顆粒物”。），PM10（直徑小于10微米的可吸入顆粒物）。PM的單位一般為（即每立方米多少毫克）。1.大氣氣溶膠特性1.1氣溶膠定義和來源自然：塵粒、煙粒、海洋中浪花飛濺的鹽粒、花粉、流星飛逝后留下的灰燼，火山塵埃等；人為：煤、油及其他礦物燃料的燃燒物質(zhì)，以及車輛產(chǎn)生的廢氣排放至空氣中的大量煙粒等。自然界產(chǎn)生的氣溶膠人類制造的氣溶膠1.1氣溶膠定義和來源1.大氣氣溶膠特性5汽車尾氣（數(shù)十米）森林火災(zāi)（蔓延數(shù)百平方公里）工廠排放（幾公里到幾十公里）火山爆發(fā)（漂浮達(dá)數(shù)百公里）大規(guī)模霾（數(shù)十萬平方公里）1.2氣溶膠幾何特性-宏觀1.大氣氣溶膠特性6EN中文直徑（納米）Soot煤煙

10-100SulfuricAcid硫磺酸CrystalBio-organic水晶有機(jī)物AmmoniumSulfate硫酸銨

100-1000MarineOrganic海洋有機(jī)物BiomassSmoke生物質(zhì)煙Dust沙塵

1000-10000SeaSalt海鹽Pollen花粉直徑：納米1.2氣溶膠幾何特性-微觀1.大氣氣溶膠特性大氣中的氣溶膠粒子來源較多，大小不同，形狀各異。在實(shí)際研究中宏觀上分析時需要有一個粒子尺度分布函數(shù)來描述氣溶膠粒子群。常用的三種尺度分布函數(shù)：數(shù)量譜分布，面積譜分布，體積譜分布1.2氣溶膠幾何特性-微觀形態(tài)特性1.大氣氣溶膠特性

1.2氣溶膠幾何特性-典型氣溶膠類型的尺度分布函數(shù)1.大氣氣溶膠特性1.3氣溶膠化學(xué)特性-氣溶膠組成1.大氣氣溶膠特性1.3氣溶膠化學(xué)特性-氣溶膠組成1.大氣氣溶膠特性太陽光在大氣氣溶膠粒子中傳播時，會發(fā)生散射和吸收，其中散射又分為反射和投射。1.4氣溶膠光學(xué)特性-散射和吸收1.大氣氣溶膠特性散射相函數(shù)用來描述電磁波被介質(zhì)散射后在各個方向上的強(qiáng)度分布比例。對于球形粒子，可以利用著名的MIE（米散射）理論來計算單個粒子的散射相函數(shù)。對于非球形粒子，常用T-Matrix和幾何光學(xué)理論來計算相函數(shù)，或者直接利用儀器觀測來得到。MIE計算得到的相函數(shù)采用T-Matrix計算的不同形狀的非球形粒子相函數(shù)1.4氣溶膠光學(xué)特性-散射相函數(shù)1.大氣氣溶膠特性光波是一種橫波，也是一種電磁波。電磁波的波動性質(zhì)由Maxwell方程組來描述，其基本研究對象是矢量波，分別是電場矢量E和磁場矢量H，完整描述它們需要四個參量：波的振幅、波長、位相和偏振。當(dāng)電場矢量E的振動集中在某一方向時，稱光在這一方向是偏振的。1.4氣溶膠光學(xué)特性-偏振特性1.大氣氣溶膠特性當(dāng)電場振動的軌跡是一條直線時，稱為線偏振。當(dāng)電場振動的軌跡是一個圓時，稱為圓偏振。1.4氣溶膠光學(xué)特性-偏振特性1.大氣氣溶膠特性不論是非偏和偏振，當(dāng)不同波段的入射光線經(jīng)過氣溶膠粒子散射后，在不同方向上的散射分量是不同的。因此當(dāng)衛(wèi)星從不同角度觀測氣溶膠粒子時，得到的不同波段的輻射值是不同的。用AirMISR得到的不同波段，不同角度得到的非偏輻射值用國產(chǎn)多角度偏振設(shè)備（DPC）得到的不同波段的偏振輻射值及其彩色合成圖490nm665nm865nm合成圖1.4氣溶膠光學(xué)特性-多角度特性和多光譜特性：1.大氣氣溶膠特性幾何特性化學(xué)特性衛(wèi)星監(jiān)測氣溶膠光學(xué)特性衛(wèi)星與載荷設(shè)計氣溶膠的特性分析為衛(wèi)星載荷的設(shè)計和反演提供了理論依據(jù)1.5.氣溶膠特性分析的意義氣溶膠物質(zhì)特性遙感采樣特性空間分辨率光譜分辨率時間分辨率角度分辨率極化分辨率技術(shù)應(yīng)用172

衛(wèi)星大氣氣溶膠監(jiān)測的意義氣溶膠特性獲取分析及衛(wèi)星監(jiān)測現(xiàn)狀3

SART說明6內(nèi)容提綱衛(wèi)星大氣氣溶膠參數(shù)反演5中國氣溶膠特性分析4大氣氣溶膠特性1182.衛(wèi)星監(jiān)測氣溶膠參數(shù)的意義

氣候系統(tǒng)是一個極其復(fù)雜的多圈、多層次系統(tǒng)。在諸多影響氣候變化的因子中，氣溶膠是一個既重要卻又不確定的影響因子。2.1氣溶膠的影響-氣候系統(tǒng)

192.衛(wèi)星監(jiān)測氣溶膠參數(shù)的意義直接、間接輻射強(qiáng)迫作用通過云影響降水與雪、冰的相互作用影響大氣輻射平衡，嚴(yán)重影響區(qū)域和全球變化?。?！2.1氣溶膠的影響-氣候系統(tǒng)

環(huán)境：大氣能見度下降，阻礙空中、水面和路面交通健康：顯著提高呼吸道、肺心病以及癌癥等疾病的發(fā)病率202.衛(wèi)星監(jiān)測氣溶膠參數(shù)的意義2.1氣溶膠的影響-人居環(huán)境

212.衛(wèi)星監(jiān)測氣溶膠參數(shù)的意義晴空、污染天氣對比圖晴空、沙塵天氣對比圖2.1氣溶膠的影響-人居環(huán)境

2008年：我國三分之二城市空氣氣溶膠細(xì)粒子濃度超標(biāo)。222.衛(wèi)星監(jiān)測氣溶膠參數(shù)的意義2.1氣溶膠的影響-人居環(huán)境

大氣校正后的圖像效果232.衛(wèi)星監(jiān)測氣溶膠參數(shù)的意義如何利用衛(wèi)星對大氣氣溶膠進(jìn)行有效監(jiān)測？中國地區(qū)氣溶膠如何？如何利用衛(wèi)星反演氣溶膠參數(shù)信息？獲得真實(shí)的地面信息？……氣溶膠的存在會顯著改變地氣輻射傳輸過程！2.1氣溶膠的影響-對地觀測

242.衛(wèi)星監(jiān)測氣溶膠參數(shù)的意義大氣氣溶膠通過散射與吸收陽光對地球系統(tǒng)輻射平衡有重要的影響；氣溶膠粒子在很多生物地球化學(xué)循環(huán)中起著重要的作用；氣溶膠構(gòu)成大氣污染源，如沙塵暴、煙塵等；氣溶膠影響對地觀測研究和監(jiān)測大氣氣溶膠具有重要意義！2.1氣溶膠的影響25？如何評價氣溶膠對于區(qū)域和全球氣候變化的影響？如何獲得區(qū)域氣溶膠的時空分布？對人們生活的影響？如何減小對地觀測中的噪聲影響？2.衛(wèi)星監(jiān)測氣溶膠參數(shù)的意義2.2衛(wèi)星監(jiān)測氣溶膠傳統(tǒng)對大顆粒沙塵氣溶膠的觀測主要依靠地基觀測為主，如：AERONET地基站點(diǎn)。但是由于站點(diǎn)密度低且分布離散，因此，利用這種方式對大氣污染的監(jiān)測會受到極大限制。

地基監(jiān)測衛(wèi)星遙感在對大尺度、連續(xù)觀測方面具有自身得天獨(dú)厚的優(yōu)勢，因此非常適合對氣溶膠有效監(jiān)測。

衛(wèi)星監(jiān)測地基觀測站點(diǎn)離散衛(wèi)星觀測全球尺度連續(xù)觀測2.衛(wèi)星監(jiān)測氣溶膠參數(shù)的意義2.2衛(wèi)星監(jiān)測氣溶膠衛(wèi)星遙感在大氣環(huán)境質(zhì)量變化的連續(xù)性、空間性和趨勢性監(jiān)測方面具有明顯優(yōu)點(diǎn)。在不同尺度上反映大氣污染物的宏觀分布趨勢、源匯分布和傳輸路徑，為大氣污染的全方位立體監(jiān)測提供了重要的信息來源。全球PM2.5衛(wèi)星遙感反演分布圖全球沙塵氣溶膠衛(wèi)星遙感反演分布圖3.氣溶膠特性獲取分析及衛(wèi)星監(jiān)測現(xiàn)狀2.2衛(wèi)星監(jiān)測氣溶膠28Huangetal.利用星載激光雷達(dá)Calipso產(chǎn)品研究了2007年的一次沙塵暴事件。沙塵從Sahara沙漠傳輸?shù)侥鞲纾?.衛(wèi)星監(jiān)測氣溶膠參數(shù)的意義2.2衛(wèi)星監(jiān)測氣溶膠292.衛(wèi)星監(jiān)測氣溶膠參數(shù)的意義2.2衛(wèi)星監(jiān)測氣溶膠衛(wèi)星觀測氣溶膠的傳輸與擴(kuò)散灰霾侵襲灰霾擴(kuò)散灰霾漸漸消散灰霾積聚1月10號1月12號1月14號1月16號基于不同時間的衛(wèi)星圖像，可以清楚地看到灰霾氣溶膠的變化趨勢北京地區(qū)2012年冬季灰霾態(tài)勢變化實(shí)例PM2.5=248μg/cm3AQI=289PM2.5=568μg/cm3AQI=500PM2.5=299μg/cm3AQI=293PM2.5=112μg/cm3AQI=1222.衛(wèi)星監(jiān)測氣溶膠參數(shù)的意義2.2衛(wèi)星監(jiān)測氣溶膠312衛(wèi)星大氣氣溶膠監(jiān)測的意義

氣溶膠特性獲取分析及衛(wèi)星監(jiān)測現(xiàn)狀3

SART說明6內(nèi)容提綱衛(wèi)星大氣氣溶膠參數(shù)反演5中國氣溶膠特性分析4大氣氣溶膠特性1323.氣溶膠特性獲取分析及衛(wèi)星監(jiān)測現(xiàn)狀

遙感是一種非接觸式的、無損的探測，是人類開展信息獲取、認(rèn)識與理解自然界、服務(wù)其自身發(fā)展的有效手段。獲取目標(biāo)特性是發(fā)現(xiàn)、識別、確認(rèn)、理解、判斷、預(yù)測的過程，遙感目標(biāo)特性的分析是從外到內(nèi)、由表及內(nèi)確定目標(biāo)的存在狀態(tài)，其根本就是目標(biāo)特征場，場是一系列遙感要素的集合，信息量則是構(gòu)成目標(biāo)場的各要素的函數(shù)。屬性：光譜、時間、空間、角度、極化…信息量目標(biāo)特性目標(biāo)特征場光譜空間時間角度極化“場”：由五個屬性相互耦合，獲取的可用于描述目標(biāo)特性的信息量的特征分布。3.1場概念3.氣溶膠特性獲取分析及衛(wèi)星監(jiān)測現(xiàn)狀氣溶膠垂直分布場氣溶膠場大氣衛(wèi)星地表

遙感目標(biāo)場具有時空連續(xù)特性，不同遙感目標(biāo)變量在時間、空間上都具有不同的異質(zhì)性，同時與地物目標(biāo)場的時空變異特征有關(guān)。氣溶膠場是通過遙感無損探測手段獲取其特性。其場的分布特征與大氣、地表及衛(wèi)星性能指標(biāo)相關(guān)。3.2氣溶膠場局部區(qū)域氣溶膠光學(xué)厚度場全球氣溶膠光學(xué)厚度場343.氣溶膠特性獲取分析及衛(wèi)星監(jiān)測現(xiàn)狀3.3遙感目標(biāo)信息量分析-模型

空間信息量精度信息量其中C為一景圖像所對應(yīng)的地面面積，G為地面分辨率（即空間分辨率），n為像元數(shù)，K為波段數(shù)（光譜分辨率），m為量化基數(shù)（輻射分辨率）。1.多波段影像提供更對信息。但因波段間相關(guān)性，多波段影像的實(shí)際信息量要小于多波段影像總信息量。2.分辨率越高，信息量越大。然而，上述計算信息量公式，面對不同傳感器影像，不同地物等因素，信息量大小不具有普適性，沒有一個統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)來描述信息量與目標(biāo)之間的關(guān)系。3.幾何場分布信息量與輻射信息量互秩。353.氣溶膠特性獲取分析及衛(wèi)星監(jiān)測現(xiàn)狀3.3遙感目標(biāo)的信息量分析-模型363.氣溶膠特性獲取分析及衛(wèi)星監(jiān)測現(xiàn)狀3.3遙感目標(biāo)的信息量分析-模型應(yīng)用層次-多星組網(wǎng)（例）

航天遙感技術(shù)是面向自然界的、無損的、全程的、全面的探測技術(shù)。航天遙感技術(shù)本質(zhì)上是面向目標(biāo)特性的時空采樣過程，通過在波段、偏振度、時間、空間、角度等維度上的采樣，將無限的信息轉(zhuǎn)化成為有限的信息，求解病態(tài)方程利用先驗(yàn)知識在有限信息里進(jìn)行信息獲取。航天遙感是人類認(rèn)知世界、理解世界的工具，利用航天遙感對自然界的認(rèn)知經(jīng)歷了發(fā)現(xiàn)、識別、確認(rèn)、理解、評價和預(yù)測的過程。3.氣溶膠特性獲取分析及衛(wèi)星監(jiān)測現(xiàn)狀3.3遙感目標(biāo)的信息量分析-規(guī)模度量發(fā)現(xiàn)從遙感圖像上識別出目標(biāo)例：發(fā)現(xiàn)樹識別通過遙感圖像辨認(rèn)出目標(biāo)的屬性例：識別出是顆樹確認(rèn)通過遙感影像目標(biāo)識別的屬性結(jié)果進(jìn)一步的確定例：確認(rèn)是顆樹理解對目標(biāo)的屬性狀態(tài)進(jìn)行進(jìn)一步的獲取例：理解樹冠的半徑等所需的空間分辨率逐層遞進(jìn)3.氣溶膠特性獲取分析及衛(wèi)星監(jiān)測現(xiàn)狀3.3遙感目標(biāo)的信息量分析-規(guī)模度量發(fā)現(xiàn)（1-2個像元，1000mMODIS）秸稈焚燒的發(fā)現(xiàn)、識別、確認(rèn)、理解過程3.氣溶膠特性獲取分析及衛(wèi)星監(jiān)測現(xiàn)狀3.3遙感目標(biāo)的信息量分析-規(guī)模度量識別（10個像元，30mHJ-1A）秸稈焚燒的發(fā)現(xiàn)、識別、確認(rèn)、理解過程3.氣溶膠特性獲取分析及衛(wèi)星監(jiān)測現(xiàn)狀3.3遙感目標(biāo)的信息量分析-規(guī)模度量確認(rèn)（20個像元，16mGF）秸稈焚燒的發(fā)現(xiàn)、識別、確認(rèn)、理解過程3.氣溶膠特性獲取分析及衛(wèi)星監(jiān)測現(xiàn)狀3.3遙感目標(biāo)的信息量分析-規(guī)模度量理解（25個像元，無人機(jī)）秸稈焚燒的發(fā)現(xiàn)、識別、確認(rèn)、理解過程3.氣溶膠特性獲取分析及衛(wèi)星監(jiān)測現(xiàn)狀3.3遙感目標(biāo)的信息量分析-規(guī)模度量在對地物目標(biāo)發(fā)現(xiàn)、識別、確認(rèn)、理解基礎(chǔ)上，對地物目標(biāo)進(jìn)行深度理解、判斷及預(yù)測，揭示地物目標(biāo)的物理特性及專題特性。深度理解對地物目標(biāo)本征物理量的理解例：溫度、含水量判斷通過綜合分析判斷目標(biāo)專題特性例：干旱等級、病害程度等預(yù)測通過綜合分析對目標(biāo)專題特性進(jìn)行預(yù)測例：風(fēng)險評估、糧食估產(chǎn)等433.氣溶膠特性獲取分析及衛(wèi)星監(jiān)測現(xiàn)狀3.3遙感目標(biāo)的信息量分析-規(guī)模度量443.氣溶膠特性獲取分析及衛(wèi)星監(jiān)測現(xiàn)狀

發(fā)現(xiàn)、識別、確認(rèn)、理解、判斷、預(yù)測目標(biāo)的特性，根本是在研究遙感目標(biāo)在空間、時間抑或時空域上的特征量度，而這些指標(biāo)的時空變異性特征都具有尺度依賴性，研究尺度的不同會產(chǎn)生不同的研究結(jié)果，滿足不同的目標(biāo)需求，是衛(wèi)星最優(yōu)采樣標(biāo)準(zhǔn)的依據(jù)。空間時間站點(diǎn)1-10km2區(qū)域100km2陸地/海洋104-105km2全球107-108km2時天周月季年年代世紀(jì)國家100-103km2對全球氣候變化影響長時間序列、趨勢、預(yù)測分析組分分析；變化規(guī)律分析污染監(jiān)測、源匯分析點(diǎn)源面源3.4氣溶膠場特性的尺度特征453.氣溶膠特性獲取分析及衛(wèi)星監(jiān)測現(xiàn)狀

獲取氣溶膠特性，分析和研究其目標(biāo)特性要進(jìn)行遙感采樣，包括時空采樣、光譜采樣和輻射采樣，即將目標(biāo)特性時間域、空間域、光譜和輻射上的連續(xù)信息量轉(zhuǎn)化為離散信息量。利用衛(wèi)星遙感監(jiān)測氣溶膠，面臨的就是如何選擇最優(yōu)采樣的問題？氣溶膠人為排放源的搜索——空間分辨率高氣溶膠輸送路徑和遷徙方向——時間分辨率高大氣校正的氣溶膠輸入——光譜選擇是否合適氣溶膠光學(xué)參數(shù)高精度反演——多角度觀測細(xì)顆粒物光學(xué)參數(shù)反演——偏振遙感3.5遙感采樣3.氣溶膠特性獲取分析及衛(wèi)星監(jiān)測現(xiàn)狀基于MODIS、MISR、OMI、POLDER等中低分辨率多光譜遙感圖像，可以滿足全球尺度的遙感監(jiān)測需求，提供目標(biāo)空間分布特征。全球2005-2010年OMI監(jiān)測對流層NO2各季節(jié)平均垂直柱濃度全球PM2.5衛(wèi)星遙感反演分布圖全球沙塵氣溶膠衛(wèi)星遙感反演分布圖3.6全球氣候變化-時空采樣（低空間分辨率）3.氣溶膠特性獲取分析及衛(wèi)星監(jiān)測現(xiàn)狀FORMOSAT-22-mNatureColor基于衛(wèi)星圖像，特別是高空間分辨率遙感圖像，進(jìn)行面源、點(diǎn)源大氣污染監(jiān)測及識別。通過衛(wèi)星遙感解譯，可以及時發(fā)現(xiàn)大氣污染的源頭。生物質(zhì)燃燒工業(yè)排放大型煤堆3.6污染源搜索—時空采樣（高空間分辨率）48中國氣溶膠的時空分布分布時空分布復(fù)雜：氣溶膠類型和氣溶膠濃度隨著季節(jié)和地理位置的不同變化強(qiáng)烈。GF-120140329GF-1201403043.氣溶膠特性獲取分析及衛(wèi)星監(jiān)測現(xiàn)狀3.6衛(wèi)星監(jiān)測灰霾態(tài)勢變化—時空采樣（中空間分辨率）灰霾侵襲灰霾擴(kuò)散灰霾漸漸消散灰霾積聚1月10號1月12號1月14號1月16號基于不同時間的環(huán)境系列衛(wèi)星圖像（30米空間分辨率，2天重訪周期），可以清楚看到灰霾氣溶膠的變化趨勢。北京地區(qū)2012年冬季灰霾態(tài)勢變化實(shí)例PM2.5=248μg/cm3AQI=289PM2.5=568μg/cm3AQI=500PM2.5=299μg/cm3AQI=293PM2.5=112μg/cm3AQI=1223.氣溶膠特性獲取分析及衛(wèi)星監(jiān)測現(xiàn)狀3.6衛(wèi)星監(jiān)測灰霾態(tài)勢變化—時空采樣（時間分辨率）503.氣溶膠特性獲取分析及衛(wèi)星監(jiān)測現(xiàn)狀支持灰霾氣溶膠的預(yù)報工作通過獲得高時間分辨率的衛(wèi)星遙感圖像，可以較為準(zhǔn)確地分析和預(yù)測氣溶膠的來源和遷徙。3.6區(qū)域氣溶膠的來源和遷移—時空采樣（高時間分辨率）3.氣溶膠特性獲取分析及衛(wèi)星監(jiān)測現(xiàn)狀點(diǎn)源面源的高分監(jiān)測——可見光，近紅外波段；氣溶膠反演過程中地表信息去除——特殊波段如2.1μm；薄云去除——如1.38μm。MODIS：CH26薄云>0.043.7最優(yōu)波段選擇—光譜采樣3.氣溶膠特性獲取分析及衛(wèi)星監(jiān)測現(xiàn)狀

多角度遙感，如MISR和POLDER等，通過對大氣粒子的多個方向的探測，使得對大氣粒子探測信息得以豐富，為定量反演各種大氣粒子參數(shù)提供了新的途徑。MISR，0-70度，9個觀測角度3.8氣溶膠多角度信息—角度采樣灰霾天氣下氣溶膠細(xì)顆粒物的光學(xué)厚度POLDER衛(wèi)星反演結(jié)果3.氣溶膠特性獲取分析及衛(wèi)星監(jiān)測現(xiàn)狀細(xì)粒子細(xì)+粗3.8細(xì)粒子光學(xué)特性—極化采樣3.氣溶膠特性獲取分析及衛(wèi)星監(jiān)測現(xiàn)狀衛(wèi)星監(jiān)測的目標(biāo)是獲得滿足于應(yīng)用需要的目標(biāo)特性的結(jié)果，而是否滿足需要與精度相關(guān)。由于在不同尺度下對研究對象、過程的細(xì)節(jié)描述程度的不同。隨著研究尺度的變化，表征目標(biāo)指標(biāo)時空變異的參數(shù)值也隨之變化，直接影響估值的不確定性，因此，定量描述目標(biāo)的三個關(guān)鍵要素：空間尺度、時間尺度、精度是相互依賴，相互制約，構(gòu)成立方體。衛(wèi)星遙感發(fā)展的原則是不斷提高光譜、空間、時間分辨率，加強(qiáng)多角度、偏振信息，提升目標(biāo)反演精度，用于獲取不同氣溶膠特性。這是通過耦合多維參量求得最優(yōu)解的過程。3.9遙感采樣與目標(biāo)精度時間分辨率精度空間分辨率傅里葉變換說明了非周期的函數(shù)可以用正弦函數(shù)和/或余弦函數(shù)乘以加權(quán)函數(shù)的積分來表示。如圖：55

傅里葉變換將函數(shù)的值域（紅色）與頻域（藍(lán)色）相關(guān)聯(lián)。頻譜中的不同成分頻率在頻域中以峰值形式表示。從而產(chǎn)生頻率域影像坐標(biāo)系，如下如圖所示：傅立葉變換的物理意義是將圖像的灰度分布函數(shù)變換為圖像的頻率分布函數(shù)。傅立葉頻譜圖上我們看到的明暗不一的亮點(diǎn)，實(shí)際上圖像上某一點(diǎn)與鄰域點(diǎn)差異的強(qiáng)弱，即梯度的大小，也即該點(diǎn)的頻率的大小。3.氣溶膠特性獲取分析及衛(wèi)星監(jiān)測現(xiàn)狀3.9遙感采樣與目標(biāo)精度多源遙感觀測是更有效的獲取氣溶膠特性的手段利用多源遙感技術(shù)探測氣溶膠的光學(xué)特性，從而反演獲得氣溶膠的物理化學(xué)成份。3.氣溶膠特性獲取分析及衛(wèi)星監(jiān)測現(xiàn)狀3.10最優(yōu)遙感采樣信息的融合不同遙感采樣特點(diǎn)的衛(wèi)星可協(xié)同用于氣溶膠特性獲取3.氣溶膠特性獲取分析及衛(wèi)星監(jiān)測現(xiàn)狀3.11氣溶膠衛(wèi)星監(jiān)測現(xiàn)狀25米可見光100米1公里10公里100公里近紅外中紅外偏振多角度激光CalipsoAVHRRMISRHJGFCBERSTMPOLDERGF5MODIS

FY衛(wèi)星具有不同探測能力（五維屬性），適用于獲取不同氣溶膠特性。紫外熱紅外OMIGF4AIRSSEVEI582衛(wèi)星大氣氣溶膠監(jiān)測的意義氣溶膠特性獲取分析及衛(wèi)星監(jiān)測現(xiàn)狀3

SART說明6內(nèi)容提綱衛(wèi)星大氣氣溶膠參數(shù)反演5

中國氣溶膠特性分析4大氣氣溶膠特性1594.中國氣溶膠特性分析我國的氣候復(fù)雜多樣，海南屬于熱帶季風(fēng)氣候，南方屬于亞熱帶季風(fēng)氣候，東北和中部屬于溫帶季風(fēng)氣候，西北屬于溫帶大陸型氣候，青藏高原屬于高原山地氣候。而且受不同氣候影響干濕區(qū)域分布也不同。西北屬于干旱半干旱，東北和南方屬于濕潤，中部屬于半濕潤地區(qū)。4.1中國氣候特性我國的干濕區(qū)域分布我國的氣候類型分布604.中國氣溶膠特性分析地形地貌特性是影響氣溶膠衛(wèi)星遙感反演的重要因素。衛(wèi)星接收到的是地面和大氣反射太陽能量的總和，因此遙感反演氣溶膠的前提是獲取地表的反射特性。中國復(fù)雜的下墊面特性增加了衛(wèi)星反演氣溶膠的難度！4.2中國下墊面特性地形和建筑物的陰影引起的變化綠地和水體反射弱裸土和建筑物反射強(qiáng)614.中國氣溶膠特性分析地形多樣，陸地上的5種基本地形類型，中國均有分布：高原、山嶺、平原、丘陵、盆地。4.2中國下墊面特性：地形特征624.中國氣溶膠特性分析地表覆蓋多樣：森林、草原、沙漠、湖泊、人工建筑……4.2中國下墊面特性：地貌特性634.中國氣溶膠特性分析近年來，中國經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，工業(yè)和人類活動頻繁，這導(dǎo)致中國是世界上公認(rèn)的氣溶膠總量高且類型和特性復(fù)雜的地區(qū)之一。主要特點(diǎn)來源廣組成復(fù)雜總量高來源廣組成復(fù)雜總量高4.3中國地區(qū)氣溶膠的特點(diǎn)4.3中國地區(qū)氣溶膠的特點(diǎn)：來源廣泛自然源：地面揚(yáng)塵海水濺沫生物體燃燒644.中國氣溶膠特性分析4.3中國地區(qū)氣溶膠的特點(diǎn)：來源廣泛人為源：化石燃料的使用工廠排放汽車尾氣654.中國氣溶膠特性分析幾乎包含所有已知的氣溶膠類型：城市型（碳?xì)馊苣z）、大陸型（沙塵氣溶膠為主）、海洋型（海鹽氣溶膠為主）以及霾天（硫酸鹽氣溶膠和銨鹽氣溶膠為主）。由于氣溶膠成分復(fù)雜導(dǎo)致氣溶膠的物理化學(xué)變化更加復(fù)雜，二次氣溶膠成為主要的污染物之一。4.3中國地區(qū)氣溶膠的特點(diǎn)：組成復(fù)雜4.中國氣溶膠特性分析北京市PM2.5主要來源（二次無機(jī)氣溶膠占26%）氣溶膠的物理化學(xué)變化過程粒子大小和微觀形態(tài)復(fù)雜：從10nm到1000nm尺度的顆粒物都有出現(xiàn)。674.3中國地區(qū)氣溶膠的特點(diǎn)：組成復(fù)雜4.中國氣溶膠特性分析硫酸鹽氣溶膠微觀形態(tài)不同類型氣溶膠的尺度分布684.3中國地區(qū)氣溶膠的特點(diǎn)：組成復(fù)雜4.中國氣溶膠特性分析中國氣溶膠的時空分布分布時空分布復(fù)雜：氣溶膠類型和氣溶膠濃度隨著季節(jié)和地理位置的不同變化強(qiáng)烈。黑炭含量高：吸收能力強(qiáng)：黑炭對太陽光有強(qiáng)烈的吸收作用從而成為影響氣候變化的重要因素。吸附能力強(qiáng)：黑炭尺度范圍為10nm-100nm，其表面可以吸附污染物（SO2、O3）甚至是有毒有害物質(zhì)如：多環(huán)芳烴族，可以導(dǎo)致癌癥、畸形、基因突變等（Streetsetal.2003;Bondetal.2004）。694.3中國地區(qū)氣溶膠的特點(diǎn)：組成復(fù)雜4.中國氣溶膠特性分析黑炭的微觀形態(tài)全球碳元素氣溶膠的分布704.中國氣溶膠特性分析氣溶膠光學(xué)厚度（AOD）分布圖4.3中國地區(qū)氣溶膠的特點(diǎn)：總量高

中國氣溶膠的總量高，特別是在中國東部人為源的細(xì)粒子氣溶膠濃度高。而在中國西北地區(qū)自然源的沙塵氣溶膠濃度高。714.中國氣溶膠特性分析氣溶膠地基觀測儀器C3184.4中國氣溶膠特性的描述由于中國氣溶膠的廣泛性和復(fù)雜性，迫切需要定量化的描述中國區(qū)域氣溶膠的特性。因此，我們利用中國多個地基AERONET觀測站點(diǎn)的資料構(gòu)建了適合中國下墊面特性和氣溶膠特點(diǎn)的氣溶膠模型。中國地區(qū)地基AERONET站點(diǎn)分布724.中國氣溶膠特性分析4.4中國氣溶膠特性的描述：數(shù)據(jù)和方法利用地基站點(diǎn)2001-2012年連續(xù)觀測數(shù)據(jù)，選擇了21個氣溶膠物理和光學(xué)特性參數(shù)進(jìn)行聚類分析，構(gòu)建了中國氣溶膠模型(陳好，2013)。1）復(fù)折射指數(shù)：包括440nm、675nm、870nm和1020nm四個波段的復(fù)折射指數(shù)的實(shí)部和虛部，共8個參數(shù)。2）氣溶膠粒子譜分布參數(shù)：包括粗細(xì)粒子的半徑、標(biāo)準(zhǔn)偏差、體積濃度等，共6個參數(shù)。3）單次散射反照率：包括675nm、870nm和1020nm3個波段的觀測值。4）不對稱因子：包括440nm、675nm和870nm3個波段的觀測值。5）球度比：描述氣溶膠粒子球度的百分比。中國地區(qū)地基AERONET站點(diǎn)分布4.中國氣溶膠特性分析4.4中國氣溶膠特性的描述：結(jié)果通過聚類分析得出了四種氣溶膠類型：細(xì)粒子強(qiáng)散射、細(xì)粒子中度吸收、細(xì)粒子強(qiáng)吸收和沙塵。其中細(xì)粒子中度吸收氣溶膠占比最高，細(xì)粒子強(qiáng)吸收氣溶膠占比最少。四種氣溶膠類型占總數(shù)的百分比四種氣溶膠類型的物理和光學(xué)參數(shù)744.中國氣溶膠特性分析四種氣溶膠類型的尺度分布4.4中國氣溶膠特性的描述：結(jié)果下面分別是四種氣溶膠類型的尺度分布、單次散射反照率和不對稱因子：四種氣溶膠類型的SSA和不對稱因子754.中國氣溶膠特性分析4.4中國氣溶膠特性的描述：空間分布中國不同類型氣溶膠的空間分布差異較大：北部和中部站點(diǎn)（北京、太湖）觀測到的氣溶膠既有細(xì)粒子為主氣溶膠，也有粗粒子為主氣溶膠。南部站點(diǎn)（香港、臺灣）則是以細(xì)粒子氣溶膠為主。這是由于北部站點(diǎn)的大氣環(huán)境較為復(fù)雜，春季受到西北部沙塵的影響，冬季受到煤煙排放的影響，同時當(dāng)?shù)亟煌ㄟ\(yùn)輸和工業(yè)排放也會產(chǎn)生各類氣溶膠污染，而南部主要是以交通運(yùn)輸和工業(yè)污染為主。不同氣溶膠類型在中國不同區(qū)域的分布情況764.中國氣溶膠特性分析四種氣溶膠類型的尺度分布4.4中國氣溶膠特性的描述：時間分布中國不同類型氣溶膠的季節(jié)特性較明顯：沙塵氣溶膠主要出現(xiàn)在春季，強(qiáng)散射細(xì)粒子類氣溶膠主要出現(xiàn)在夏季、空氣濕度較大的區(qū)域，而強(qiáng)吸收細(xì)粒子類氣溶膠主要出現(xiàn)在秋冬季節(jié)。這是由于秋冬季節(jié)北方的采暖和南方的工業(yè)活動造成黑碳成分增高，細(xì)粒子氣溶膠的吸收性增強(qiáng)。強(qiáng)散射型細(xì)粒子氣溶膠主要出現(xiàn)在夏季，這是由于夏季雨水多，空氣相對濕度較大，細(xì)粒子氣溶膠吸濕性增長較明顯，氣溶膠對光線的吸收能力明顯減弱。774.中國氣溶膠特性分析不同類型氣溶膠的年度變化4.4中國氣溶膠特性的描述：時間分布不同類型氣溶膠的年度變化：中國不同類型氣溶膠近在2002到2012年間的變化趨勢為：沙塵和細(xì)粒子強(qiáng)散射型氣溶膠在2002年到2012年間呈現(xiàn)了明顯的上升趨勢，上升的幅度分別為1.1%和1.3%；而中度吸收、強(qiáng)吸收細(xì)粒子氣溶膠在2002到2012年則呈現(xiàn)了下降趨勢，下降的幅度分別為1.02%和1.51%。784.中國氣溶膠特性分析4.4中國氣溶膠特性的描述：與全球模型對比中國的氣溶膠模型與全球氣溶膠模型（Omar，2005）差異較大：城市（對應(yīng)細(xì)粒子中度吸收型）、沙塵（對應(yīng)沙塵型）和污染型（對應(yīng)細(xì)粒子強(qiáng)吸收型）三類氣溶膠的粗細(xì)粒子濃度、單次散射反照率和不對稱因子均高于全球平均水平。中國氣溶膠模型與全球氣溶膠模型尺度分布、SSA和不對稱因子的對比792衛(wèi)星大氣氣溶膠監(jiān)測的意義氣溶膠特性獲取分析及衛(wèi)星監(jiān)測現(xiàn)狀3

SART說明6內(nèi)容提綱

衛(wèi)星大氣氣溶膠參數(shù)反演5中國氣溶膠特性分析4大氣氣溶膠特性15.1面向應(yīng)用的遙感產(chǎn)品體系面向應(yīng)用的遙感產(chǎn)品包括3類、6個級別具體如下：5.衛(wèi)星大氣氣溶膠參數(shù)反演數(shù)據(jù)產(chǎn)品圖像產(chǎn)品目標(biāo)特征信息產(chǎn)品專題信息產(chǎn)品0級：原始影像數(shù)據(jù)產(chǎn)品1級：系統(tǒng)輻射校正產(chǎn)品2級：系統(tǒng)幾何校正產(chǎn)品3級：地物影像產(chǎn)品4級：目標(biāo)輻射、分類產(chǎn)品5級：目標(biāo)物理特性產(chǎn)品6級：目標(biāo)專題特性產(chǎn)品81等級名稱定義示例0級原始影像數(shù)據(jù)產(chǎn)品衛(wèi)星載荷原始數(shù)據(jù)及輔助信息。經(jīng)過數(shù)據(jù)解包、元數(shù)據(jù)檢核、分景分幅，但未做任何糾正。

1級系統(tǒng)輻射校正產(chǎn)品經(jīng)過系統(tǒng)輻射校正，波譜復(fù)原處理，未進(jìn)行幾何校正的影像編碼產(chǎn)品。但可通過傳感器校正得到RPC并按照輔助數(shù)據(jù)進(jìn)行提供。

加RPC文件的以景為單位的數(shù)據(jù)\基于原始數(shù)據(jù)的經(jīng)輻射校正（光譜定標(biāo)、輻射定標(biāo)、暗電流校正）的數(shù)據(jù)2級系統(tǒng)幾何校正產(chǎn)品在1級產(chǎn)品的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了系統(tǒng)幾何校正（一般通過RPC或嚴(yán)密幾何成像模型糾正）的影像編碼產(chǎn)品，或映射到指定的地圖投影坐標(biāo)下的產(chǎn)品數(shù)據(jù)。以景為單位的數(shù)據(jù)產(chǎn)品5.1面向應(yīng)用的遙感產(chǎn)品體系-數(shù)據(jù)產(chǎn)品品種5.衛(wèi)星大氣氣溶膠參數(shù)反演82等級名稱定義示例3A影像幾何精校正產(chǎn)品經(jīng)過系統(tǒng)輻射校正的高精度地理編碼產(chǎn)品。

高精度定位圖3B影像正射校正產(chǎn)品經(jīng)過系統(tǒng)輻射校正的正射糾正地理編碼產(chǎn)品。

正射圖產(chǎn)品3C影像融合產(chǎn)品光學(xué)全色與多光譜數(shù)據(jù)融合后的產(chǎn)品

多光譜融合圖像產(chǎn)品3D影像勻色鑲嵌產(chǎn)品勻色糾正的地理編碼產(chǎn)品大區(qū)域影像圖產(chǎn)品3E影像地圖產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)影像地圖產(chǎn)品1：25萬地圖產(chǎn)品3F影像云掩膜產(chǎn)品經(jīng)過云檢測處理，檢測出的厚云分布掩膜產(chǎn)品。云檢測產(chǎn)品3G影像表觀輻亮度產(chǎn)品經(jīng)過定標(biāo)處理，得到入瞳處輻亮度場，形成的表觀輻亮度數(shù)據(jù)產(chǎn)品。

表觀輻亮度產(chǎn)品5.1面向應(yīng)用的遙感產(chǎn)品體系-圖像產(chǎn)品品種5.衛(wèi)星大氣氣溶膠參數(shù)反演83等級名稱定義示例4A目標(biāo)輻射產(chǎn)品目標(biāo)基礎(chǔ)遙感輻射物理參數(shù)產(chǎn)品。云亮溫大氣光程產(chǎn)品、光譜吸收峰產(chǎn)品4B目標(biāo)分類產(chǎn)品分類、變化監(jiān)測處理產(chǎn)品。秸稈燃燒產(chǎn)品煙排放云分類5級目標(biāo)物理特性產(chǎn)品目標(biāo)本征物理量產(chǎn)品，與具體觀測手段無關(guān)。以目標(biāo)物理量為主。氣溶膠光學(xué)厚度產(chǎn)品PM2.5產(chǎn)品PM10產(chǎn)品5.1面向應(yīng)用的遙感產(chǎn)品體系-目標(biāo)特征信息產(chǎn)品品種5.衛(wèi)星大氣氣溶膠參數(shù)反演845.衛(wèi)星大氣氣溶膠參數(shù)反演5.1面向應(yīng)用的遙感產(chǎn)品體系-專題信息產(chǎn)品品種等級名稱定義示例6級目標(biāo)專題特性產(chǎn)品結(jié)合社會經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)、行業(yè)專家知識，通過綜合分析產(chǎn)生的專題信息產(chǎn)品月/旬/季合成產(chǎn)品、沙塵暴過程天氣預(yù)報、污染監(jiān)測報告855.衛(wèi)星大氣氣溶膠參數(shù)反演5.1面向應(yīng)用的遙感產(chǎn)品體系-信息產(chǎn)品規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)化85層數(shù)級別分割間隔（度）像元大小（度)赤道處瓦片大?。╧m）空間分辨率等級對應(yīng)基本比例尺65F500.055566.115Km

E250.0252783.052.5Km

D100.011113.221Km

4C50.005556.61500m

B2.50.002278.31250m

A10.0001111.32100m1:1,000,000

390.50.5×10-355.6650m1:500,00080.250.2×10-327.8325m1:200,00070.110-411.1310m1:100,000

260.050.5×10-45.575m1:50,00050.0250.2×10-42.782.5m1:25,00040.0110-51.111m1:10,000

130.0050.5×10-50.560.5m1:5,00020.00250.2×10-50.280.25m1:2,00010.00110-60.110.1m1:1,0000降低遙感數(shù)據(jù)庫和遙感應(yīng)用系統(tǒng)復(fù)雜度利于多源數(shù)據(jù)的同化融合與協(xié)同應(yīng)用屏蔽了星源信息，起到了數(shù)據(jù)脫密作用5.衛(wèi)星大氣氣溶膠參數(shù)反演衛(wèi)星大氣氣溶膠參數(shù)反演中，云檢測是首要問題。具有較大光學(xué)厚度的氣溶膠，與薄云的區(qū)分度不高，容易錯誤識別。氣溶膠和云的相互作用，加大遙感反演的難度。氣溶膠和云在不同高度層，有云遮擋情況下，氣溶膠反演難度太大。5.2云監(jiān)測（3級）（1）

去除耀斑。利用第18波段(

0.936μm)反射率，可以剔除耀斑。（2）歸一化積雪指數(shù)NDSI=(b4-b6)/(b4+b6)剔除雪(CH4的0.55μm、CH6的1.64μm)第18波段剔除耀斑5.衛(wèi)星大氣氣溶膠參數(shù)反演5.2云檢測-低分辨率遙感圖像NDSI云NDSI雪歸一化積雪指數(shù)剔除雪MODIS厚云檢測（3）NDSI=(b4-b6)/(b4+b6)剔除土壤（4）利用第1波段(0.66μm)反射率剔除水體NDSI云NDSI土壤5.衛(wèi)星大氣氣溶膠參數(shù)反演5.2云檢測-低分辨率遙感圖像設(shè)定第1通道反射率區(qū)分云和水體。CH1水體CH1厚云歸一化積雪指數(shù)剔除土壤MODIS厚云檢測MODIS厚云檢測結(jié)論（多光譜閾值法）：1）利用CH18(0.936μm)剔除耀斑。2）利用雪蓋指數(shù)NDSI剔除雪。3）利用NDSI(CH4的0.55μm、CH6的1.64μm)剔除陸地（包括沙漠）和植被。4）利用CH1(0.66μm)剔除水體。5.衛(wèi)星大氣氣溶膠參數(shù)反演5.5云檢測-低分辨率遙感圖像

MODIS薄云檢測（1）利用1.38μm（MODIS第26波段）反射率剔除普通地物。CH26薄云5.衛(wèi)星大氣氣溶膠參數(shù)反演5.2云檢測-低分辨率遙感圖像（2）利用1、6波段反射率差異剔除復(fù)雜下墊面。復(fù)雜下墊面CH1<CH6薄云CH1>CH65.衛(wèi)星大氣氣溶膠參數(shù)反演5.2云檢測-低分辨率遙感圖像

MODIS薄云檢測薄云檢測結(jié)論：（1）利用26波段(1.38μm)剔除普通地物；（2）利用1波段(0.66μm)反射率大于6波段(1.64μm)反射率,剔除復(fù)雜下墊面（沙地和裸地混合等等）。5.衛(wèi)星大氣氣溶膠參數(shù)反演5.2云檢測-低分辨率遙感圖像MODIS薄云檢測5.衛(wèi)星大氣氣溶膠參數(shù)反演5.2云檢測-低分辨率遙感圖像薄云檢測CH26NDSI厚云檢測CH1NDSICH1>CH6剔除普通地物剔除復(fù)雜下墊面云檢測綜合結(jié)果CH18剔除植被、土壤、裸地剔除耀斑剔除雪剔除水體MODIS云檢測Parasol云檢測通過可見光與近紅外反射率閾值，排除耀斑、海冰和積雪偏振反射率閾值判斷：散射角(80<γ<120)，(AOD,0.443μm)；中低云檢測：散射角(135<γ<150)，

（0.865μm)；945.衛(wèi)星大氣氣溶膠參數(shù)反演5.2云檢測-多角度偏振遙感圖像散射角(80<γ<120)，(AOD,0.443μm)；AOD(clear)–AOD>0.05為有云Clear:晴空的海洋；Sc:積云；Ci:卷云。955.衛(wèi)星大氣氣溶膠參數(shù)反演5.2云檢測-多角度偏振遙感圖像Parasol云檢測散射角(135<γ<150)，(偏振反射率,0.865μm)；((Us+Uv)*PR>PR*2%),為有云(Us+Uv)作為偏振反射率的權(quán)重，代表太陽天頂角和觀測天頂角的余弦；無云幾乎沒有變化，有云則在140度左右有虹效果。965.衛(wèi)星大氣氣溶膠參數(shù)反演5.2云檢測-多角度偏振遙感圖像Parasol云檢測5.衛(wèi)星大氣氣溶膠參數(shù)反演5.2云檢測-多角度偏振遙感圖像中國區(qū)域單景PARASOL云檢測結(jié)果Parasol云檢測5.衛(wèi)星大氣氣溶膠參數(shù)反演5.2云檢測-中空間分辨率遙感圖像高空間分辨率遙感圖像，一般缺少紅外波段和偏振信息，可以利用構(gòu)建底圖、動態(tài)閾值、圖像分割等技術(shù)進(jìn)行云檢測。利用GF1衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)多光譜各波段(NIR,R,G,B)反射率的動態(tài)閾值，能夠準(zhǔn)確地定位出云像元，生成云掩膜（2米全色波段基于對應(yīng)的8米多光譜的云掩膜）。然后，基于云紋理特征云檢測，可以從形態(tài)和邊界上，去除矩形、多邊形等高亮規(guī)則建筑的錯誤檢測區(qū)域。高分一號在各個季節(jié)，選擇GF1衛(wèi)星晴空遙感數(shù)據(jù)，進(jìn)行平均，構(gòu)建背景場，同時獲得標(biāo)準(zhǔn)差圖像?；谕咂瑪?shù)據(jù)庫，檢索獲得在相同地理位置上的不同時間的遙感數(shù)據(jù)，并選擇晴空無云數(shù)據(jù)；平均：各個晴空遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行平均，可以用于有云分布時，進(jìn)行圖像的差值運(yùn)算，獲得變化情況；標(biāo)準(zhǔn)差：不同晴空遙感數(shù)據(jù)間的反射率標(biāo)準(zhǔn)差，可以用于生成動態(tài)閾值，以適用于不同季節(jié)和不同地物類型。5.衛(wèi)星大氣氣溶膠參數(shù)反演5.2云檢測-中空間分辨率遙感圖像高分一號：關(guān)鍵技術(shù)之構(gòu)建底圖高分一號：背景場差值影像分析

將待檢測的GF1衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)與季背景場的對應(yīng)波段進(jìn)行差值運(yùn)算，獲取各個特征波段的差值影像。紅波段反射率差值影像利用目視判讀，可以得出以下兩點(diǎn)結(jié)論：1）在紅波段（其他波段類似的）反射率差異圖像中出現(xiàn)了明顯且集中的“正值區(qū)”。2）大多數(shù)晴空區(qū)域被有效的弱化，該區(qū)域內(nèi)部的差值波動較小，但其數(shù)值不為零。紅波段反射率差值影像剖面圖5.衛(wèi)星大氣氣溶膠參數(shù)反演5.2云檢測-中空間分辨率遙感圖像

對于晴空輻射值而言，由于太陽照射強(qiáng)度、大氣中水汽含量、氣溶膠濃度等外界因素的變化，會導(dǎo)致晴空反射率發(fā)生正常的改變。本文通過將研究區(qū)不同時相的差值影像和標(biāo)準(zhǔn)差影像進(jìn)行比較，利用區(qū)域直方圖統(tǒng)計、剖面圖分析和波段運(yùn)算方法，分析兩者在云異常區(qū)域的光譜特征，最終選取兩倍標(biāo)準(zhǔn)差影像作為界定晴空正常變化范圍的閾值，即超出該閾值的區(qū)域被判識為異常區(qū)域。實(shí)際上該閾值是動態(tài)的，因?yàn)殡S著檢測季節(jié)和檢測區(qū)域的變化，差值影像和標(biāo)準(zhǔn)差影像都會有相應(yīng)的變化。由于每幅異常影像的均值、標(biāo)準(zhǔn)差不同，因此該閾值也是動態(tài)變化的。5.衛(wèi)星大氣氣溶膠參數(shù)反演5.2云檢測-中空間分辨率遙感圖像高分一號：關(guān)鍵技術(shù)之動態(tài)閾值高分一號：云異常區(qū)域的獲取根據(jù)上述獲取云異常信息的過程，提出了面向GF1衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)的基于波譜標(biāo)準(zhǔn)差異常的動態(tài)閾值云檢測模型。利用大于該影像自身兩倍標(biāo)準(zhǔn)差以外的區(qū)域作為最終的云異常區(qū)域。特征波段異常提取模型近紅外異常提取結(jié)果紅波段異常提取結(jié)果5.衛(wèi)星大氣氣溶膠參數(shù)反演5.2云檢測-中空間分辨率遙感圖像高分一號：關(guān)鍵技術(shù)之圖像分割GF-1/2號衛(wèi)星的空間分辨率高(<=16m)，根據(jù)云的物理特性，其在遙感圖像上至少大于10個像元，而且表現(xiàn)為成塊分布，邊緣不規(guī)則等特點(diǎn)。

圖像分割，可以獲得圖像的分塊區(qū)域，降低椒鹽噪聲對于云檢測的影響。

輪廓提取，可以減少云檢測過程中對于規(guī)則高亮地物的錯誤檢測。5.衛(wèi)星大氣氣溶膠參數(shù)反演5.2云檢測-中空間分辨率遙感圖像基于云紋理特征的GF1衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)云檢測，可以從形態(tài)和邊界上，去除矩形、多邊形等高亮規(guī)則建筑的錯誤檢測區(qū)域。高分一號：高亮地物檢查將獲得的初始云掩膜進(jìn)行輪廓檢測遍歷圖像，獲得所有閉合輪廓所有閉合輪廓進(jìn)行多邊形輪廓逼近處理如果多邊形表達(dá)利用的角點(diǎn)個數(shù)小于閾值，則判定為規(guī)則地物。滿足逼近精度？角點(diǎn)個數(shù)Nc=75.衛(wèi)星大氣氣溶膠參數(shù)反演5.2云檢測-中空間分辨率遙感圖像某景GF-1的多光譜遙感圖像和云檢測結(jié)果

根據(jù)上述基于波譜標(biāo)準(zhǔn)差異常的動態(tài)閾值云檢測模塊，檢測出云像元后，可以獲得去云后的高分一號圖像。亮溫異常提取模型高分一號：結(jié)果分析1055.衛(wèi)星大氣氣溶膠參數(shù)反演5.2云檢測-中空間分辨率遙感圖像1061）云檢測（前面已介紹）2）地表信息貢獻(xiàn)去除3）氣溶膠特性描述4）輻射特性模擬4）AOD迭代求解5.3短波(可見光至近紅外)氣溶膠遙感（5級）：短波遙感反演氣溶膠的關(guān)鍵是從遙感觀測信號中分離出地表的貢獻(xiàn)，實(shí)現(xiàn)地氣分離。反演流程：5.衛(wèi)星大氣氣溶膠參數(shù)反演1071072）地表信息貢獻(xiàn)的去除低分辨率傳感器(MODIS)：波段多、分辨率不高濃密植被法深藍(lán)算法中分辨率傳感器(HJ-1)：像元數(shù)多、波段少濃密植被法純像元法多角度成像傳感器（MISR）：成像角度多，增加信息量5.衛(wèi)星大氣氣溶膠參數(shù)反演5.3短波(可見光至近紅外)氣溶膠遙感：1081082）地表信息貢獻(xiàn)的去除-低分辨率傳感器(MODIS)

濃密植被法：中紅外波段幾乎不受大氣影響，可由觀測值得到該波段地表反射率，進(jìn)而利用中紅外-紅光、紅光-藍(lán)光的地表反射率關(guān)系函數(shù)確定可見光地表反射率5.衛(wèi)星大氣氣溶膠參數(shù)反演5.3短波(可見光至近紅外)氣溶膠遙感：109109深藍(lán)算法：針對亮地表區(qū)域Usedoverbrightlandsurfaces利用深藍(lán)波段地表較暗（反射率較?。┑奶攸c(diǎn)，分離地表貢獻(xiàn)。采用每三個月更新一次的藍(lán)波段全球地表反射率庫5.衛(wèi)星大氣氣溶膠參數(shù)反演5.3短波(可見光至近紅外)氣溶膠遙感：2）地表信息貢獻(xiàn)的去除-低分辨率傳感器(MODIS)1101105.衛(wèi)星大氣氣溶膠參數(shù)反演深藍(lán)算法AOD結(jié)果深藍(lán)算法對于北方植被稀疏、反射率較高的地區(qū)能提供更多氣溶膠信息濃密植被算法對于南方植被濃密地區(qū)能提供更多氣溶膠信息濃密植被法AOD結(jié)果5.3短波(可見光至近紅外)氣溶膠遙感：2）地表信息貢獻(xiàn)的去除-低分辨率傳感器(MODIS)1111112）地表信息貢獻(xiàn)的去除-中等分辨率傳感器(HJ-1)：能夠提供更多局部氣溶膠的變化信息，如工業(yè)排放、汽車尾氣等純像元法：針對城市區(qū)域---地表反射率高且地物類型復(fù)雜對于城市地表，濃密植被法存在植被像元不足，且不同波段間的地表反射率函數(shù)效果不理想。利用中高空間分辨率特性，基于光譜純像元反演氣溶膠光學(xué)厚度AERONET站點(diǎn)周圍純像元分布5.衛(wèi)星大氣氣溶膠參數(shù)反演5.3短波(可見光至近紅外)氣溶膠遙感：112112能夠提供更多局部氣溶膠的變化信息，如工業(yè)排放、汽車尾氣等純像元法：利用像元純度指數(shù)PPI提取純像元

利用鄰近日期的晴朗日影像計算純像元地表反射率5.衛(wèi)星大氣氣溶膠參數(shù)反演純像元地表BRDF像元純度指數(shù)法提取純像元2）地表信息貢獻(xiàn)的去除-中等分辨率傳感器(HJ-1)：5.3短波(可見光至近紅外)氣溶膠遙感：113113

能夠提供更多局部氣溶膠的變化信息，如工業(yè)排放、汽車尾氣等純像元法：北京城區(qū)AOD反演結(jié)果及驗(yàn)證5.衛(wèi)星大氣氣溶膠參數(shù)反演(Fangetal.,2013,JRS)2）地表信息貢獻(xiàn)的去除-中等分辨率傳感器(HJ-1)：5.3短波(可見光至近紅外)氣溶膠遙感：1142）地表信息貢獻(xiàn)的去除-多角度成像傳感器(MISR)成像：9個角度、4個波段、1.1km分辨率氣溶膠反演：不計算地表反射率絕對值，基于反射率隨角度變化的波段一致性來避開地表模型引入的誤差。多角度觀測值對氣溶膠模式很敏感5.衛(wèi)星大氣氣溶膠參數(shù)反演5.3短波(可見光至近紅外)氣溶膠遙感：1151152）地表信息貢獻(xiàn)的去除-多角度成像傳感器(MISR)5.衛(wèi)星大氣氣溶膠參數(shù)反演5.3短波(可見光至近紅外)氣溶膠遙感：116(Duboviketal.,2002,JAS)地基光學(xué)觀測地基理化參數(shù)采樣觀測復(fù)折射指數(shù)粒子譜分布單次散射反照率相函數(shù)……4.衛(wèi)星大氣氣溶膠參數(shù)反演3）氣溶膠特性描述5.3短波(可見光至近紅外)氣溶膠遙感：117需要輸入的主要參數(shù)有傳感器幾何姿態(tài)和時間參數(shù)光譜響應(yīng)傳感器高度

大氣大氣模型氣溶膠模型氣溶膠光學(xué)厚度

下墊面海拔高度反射特性輸出：大氣層頂表觀輻亮度、大氣程輻射、透過率等6S操作流程1174.衛(wèi)星大氣氣溶膠參數(shù)反演4）輻射特性模擬5.3短波(可見光至近紅外)氣溶膠遙感：118實(shí)際反演中像元的幾何觀測條件往往不是給定的輸入設(shè)置，因此需要對查找表進(jìn)行插值計算。首先查找實(shí)際反演輸入的幾何姿態(tài)角度附近的給定輸入的程輻射ρ0、透過率T、大氣球形反照率S，根據(jù)已知的地表反射率，計算不同氣溶膠光學(xué)厚度對應(yīng)的表觀反射率，與觀測的表觀反射率進(jìn)行比較，殘差最小的為實(shí)際幾何觀測時的AOD。4.衛(wèi)星大氣氣溶膠參數(shù)反演5）AOD迭代求解5.3短波(可見光至近紅外)氣溶膠遙感：119：大氣頂?shù)钠穹瓷渎剩旱乇淼钠穹瓷渎剩捍髿獾钠穹瓷渎剩弘p程透過率大氣的偏振反射率可以根據(jù)矢量輻射傳輸軟件來模擬。將去除地表貢獻(xiàn)后的反射率與矢量輻射傳輸軟件模擬值進(jìn)行比較，就可以反演出最接近觀測值的氣溶膠模式和光學(xué)厚度。其中5.衛(wèi)星大氣氣溶膠參數(shù)反演5.4偏振氣溶膠遙感-POLDER120基本步驟將不同的氣溶膠模式和光學(xué)厚度進(jìn)行組合，利用矢量輻射傳輸軟件計算多種幾何條件下不同氣溶膠模式的大氣偏振信息。根據(jù)地表偏振反射率的經(jīng)驗(yàn)公式來計算地表的偏振反射率。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式來計算雙程透過率將POLDRER670nm和865nm通道的偏振反射率減去地表貢獻(xiàn)后與查找表做最小方差擬合，得到氣溶膠的模式、光學(xué)厚度以及Angstrom指數(shù)的反演值。5.衛(wèi)星大氣氣溶膠參數(shù)反演5.4偏振氣溶膠遙感-POLDER1215級產(chǎn)品海洋總的光學(xué)厚度和細(xì)粒子光學(xué)厚度非球形指數(shù)Angstr?m系數(shù)細(xì)粒子的有效半徑和復(fù)折射指數(shù)球形粗粒子的復(fù)折射指數(shù)陸地細(xì)粒子的光學(xué)厚度細(xì)粒子的Angstrom系數(shù)非球形粒子氣溶膠5.衛(wèi)星大氣氣溶膠參數(shù)反演5.4偏振氣溶膠遙感-POLDER122

POLDER海洋上空氣溶膠反演(空間分布率10Km)TotalOpticalThicknessAngstr?mCoefficientFineModeOpticalThicknessCoarseModeOpticalThicknessSept.20055.衛(wèi)星大氣氣溶膠參數(shù)反演5.4偏振氣溶膠遙感-POLDER123

典型案例細(xì)粒子氣溶膠光學(xué)厚度全球分布（空間分布率10KM）5.衛(wèi)星大氣氣溶膠參數(shù)反演5.4偏振氣溶膠遙感-POLDER124124POLDER氣溶膠反演結(jié)果與地基CE318結(jié)果具有較好一致性。精度評價5.衛(wèi)星大氣氣溶膠參數(shù)反演5.4偏振氣溶膠遙感-POLDER125

1255.5長波氣溶膠遙感（5級）衛(wèi)星的熱紅外窗區(qū)通道(8～12μm)對于通常大氣氣溶膠幾乎沒有響應(yīng),但對于較大顆粒且濃度較強(qiáng)的沙塵氣溶膠,尤其是沙塵暴有明顯的信號反應(yīng)。TERRA/AQUAMODISNOAAAVHRRFY/2/3A/B/CAQURAIRSCalipsoCaliop5.衛(wèi)星大氣氣溶膠參數(shù)反演沙塵天氣在空間分布上可以連綿10-100KM,在垂直分布上可以到達(dá)10KM的高空。因此，可以利用公里級氣象衛(wèi)星和激光雷達(dá)實(shí)現(xiàn)對沙塵過程的有效監(jiān)測。126

1265.5長波氣溶膠遙感5.衛(wèi)星大氣氣溶膠參數(shù)反演127沙塵天氣發(fā)生時，傳感器在熱紅外窗區(qū)觀測到的地表物質(zhì)主要為：

沙塵

云（水云和冰云）

晴空下墊面

利用熱紅外遙感對沙塵氣溶膠監(jiān)測的前提就在于是否能對上述物質(zhì)進(jìn)行有效區(qū)分。為了研究熱紅外遙感對沙塵氣溶膠的監(jiān)測能力，利用LBL（逐線積分）+DISORT(離散坐標(biāo))相耦合的輻射傳輸模式，在800~1250cm-1的熱紅外區(qū)間正向模擬了不同條件下波數(shù)間隔為0.1cm-1的大氣層頂亮溫。5.5長波氣溶膠遙感5.衛(wèi)星大氣氣溶膠參數(shù)反演

沙塵、云、晴空熱紅外光譜特征分析“晴空”光譜變化比較平緩，沒有大的跳躍性?！吧硥m”光譜會表現(xiàn)出獨(dú)有“V”字特征?！氨啤痹凇?00-1000cm-1”會表現(xiàn)出與沙塵相反的光譜特征?！八啤痹凇?00-1000cm-1”的亮溫要高于“1000-1250cm-1”1285.5長波氣溶膠遙感：5.衛(wèi)星大氣氣溶膠參數(shù)反演(XuHuietal,2014)1295.5長波氣溶膠遙感：5.衛(wèi)星大氣氣溶膠參數(shù)反演(XuHuietal,2015)大氣層頂亮溫對沙塵氣溶膠的光學(xué)厚度以及高度信息均非常敏感。其中，沙塵層越高、光學(xué)厚度越大，其對層頂亮溫造成的衰減量也就越大，沙塵氣溶膠的“斜坡”特征越明顯。大氣層頂亮溫隨沙塵層高度的變化幾乎表現(xiàn)為線性增長或減小。大氣層頂亮溫對沙塵層高度的敏感性與光學(xué)厚度也密切相關(guān)：

光學(xué)厚度越大，沙塵層高度對亮溫的衰減作用越強(qiáng)，亮溫對沙塵層高度的變化也就越敏感。130沙塵參數(shù)敏感性分析5.5長波氣溶膠遙感：5.衛(wèi)星大氣氣溶膠參數(shù)反演(XuHuietal,2015)1315.5長波氣溶膠遙感：5.衛(wèi)星大氣氣溶膠參數(shù)反演(XuHui,2013)1325.6長波氣溶膠時間變化研究（6級）：5.衛(wèi)星大氣氣溶膠參數(shù)反演OMI氣溶膠指數(shù)月平均產(chǎn)品MOIDS氣溶膠光學(xué)厚度年平均產(chǎn)品6級氣溶膠產(chǎn)品在3，4，5級要素反演產(chǎn)品的基礎(chǔ)之上，進(jìn)行再加工、合成、質(zhì)量控制，形成滿足不同應(yīng)用需求的周、月、旬、季、年平均產(chǎn)品。1332衛(wèi)星大氣氣溶膠監(jiān)測的意義氣溶膠特性獲取分析及衛(wèi)星監(jiān)測現(xiàn)狀3

SART說明6內(nèi)容提綱衛(wèi)星大氣氣溶膠參數(shù)反演5中國氣溶膠特性分析4大氣氣溶膠特性11346.SART說明主要是通過地氣解耦，正向計算、模擬地氣系統(tǒng)中太陽輻射的傳輸過程，最終得到衛(wèi)星入瞳處的輻射值信息。它充分考慮了大氣分子和氣溶膠的吸收、散射過程，以及非均一地面和雙向反射率的問題，對于研究地球輻射能量收支、以及反演地表、大氣參數(shù)等都具有重要意義。在氣溶膠參數(shù)反演中，大氣輻射傳輸模型常用于：氣溶膠參數(shù)的敏感性分析；查找表構(gòu)建；氣溶膠參數(shù)快速迭代求解6.1輻射傳輸模型1356.SART說明進(jìn)幾十年來，與大氣輻射傳輸有關(guān)的應(yīng)用需求增長極快，使大氣輻射傳輸?shù)倪^程研究與定量化算法研究均獲得蓬勃發(fā)展，各種數(shù)值離散求解方法不斷涌現(xiàn)出來并得到完善。

常用的方法有：

倍加法

離散縱標(biāo)法

球諧法

不變性鑲嵌X和Y函數(shù)法Monte-Carlo模擬

連續(xù)階散射SOS倍加法離散坐標(biāo)法6.2輻射傳輸模型-數(shù)學(xué)方法136Name(short)Name(full)ReferencesUVVisibleNearIRThermalIRmm/sub-mmMicrowaveline-by-line/bandScatteringPolarised4A/OPAutomatizedAtmosphericAbsorptionAtlasScottandChédin(1981)NoNoYesYesNoNoline-by-lineYes/disort/onlyaerosolNo6S/6SV1SecondSimulationofaSatelliteSignalintheSolarSpectrum-Vector(6SV)Kot