大氣環(huán)境遙感

關(guān)于大氣環(huán)境遙感大氣氣溶膠影響能見度名古屋漢城北京巴黎第2頁,共25頁，2024年2月25日，星期天氣態(tài)前體物及直排顆粒物

SO2,

NO2,CO,

EC,Soildust,Ozone,VOCetc.

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,共25頁，2024年2月25日，星期天2003年11月下旬重灰霾污染事件（10.31-11.3）第4頁,共25頁，2024年2月25日，星期天

北京城近郊區(qū)多能見度（KM）分布圖城市混濁島第5頁,共25頁，2024年2月25日，星期天1大氣環(huán)境遙感監(jiān)測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性.２.水汽第6頁,共25頁，2024年2月25日，星期天大氣的成分及分布

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,共25頁，2024年2月25日，星期天大氣環(huán)境遙感原理

太陽輻射進(jìn)入地球之前必須通過大氣層，由于大氣對太陽輻射具有吸收、散射和透射等作用，所以使得太陽輻射到達(dá)地面的能量不斷衰減大氣對太陽輻射的作用？第8頁,共25頁，2024年2月25日，星期天大氣環(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)到地面的能量僅占入射總能量的31%。第9頁,共25頁，2024年2月25日，星期天大氣環(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（Skyradiation)，或者散射輻射（Diffuseradiation).它是由于大氣分子及大氣中氣溶膠的影響而造成的太陽光的散射。大氣對太陽輻射具有吸收、散射和透射等作用第10頁,共25頁，2024年2月25日，星期天大氣環(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輻射的方向，但是并不改變太陽輻射的強(qiáng)度第11頁,共25頁，2024年2月25日，星期天1選擇性散射——散射強(qiáng)度與波長有關(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,共25頁，2024年2月25日，星期天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小的多（d<<λ）散射特點(diǎn)：散射強(qiáng)度與波長的4次方成反比在可見光和近紅外中，瑞利散射更容易影響？根據(jù)這個(gè)散射特點(diǎn)，瑞利散射主要影響可見光（波長越長，散射越弱）大氣環(huán)境遙感原理

第13頁,共25頁，2024年2月25日，星期天米氏散射引起這種散射的粒子主要是大氣中煙、塵埃、小水滴及氣溶膠米氏散射：大氣中粒子的直徑與輻射的波長相當(dāng)時(shí)（d≈

λ）散射特點(diǎn)：散射強(qiáng)度與波長的2次方成反比，大氣環(huán)境遙感原理

第14頁,共25頁，2024年2月25日，星期天2）無選擇性散射——散射強(qiáng)度與波長無關(guān)引起這種散射的粒子主要是大氣云霧等無選擇性散射：大氣中粒子的直徑比波長大得多時(shí)發(fā)生的散射（d>>λ）散射特點(diǎn)：散射強(qiáng)度與波長無關(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,共25頁，2024年2月25日，星期天2大氣遙感應(yīng)用—?dú)馊苣z監(jiān)測當(dāng)前氣溶膠光學(xué)厚度監(jiān)測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)測氣溶膠的基本原理：第16頁,共25頁，2024年2月25日，星期天大氣遙感應(yīng)用—?dú)馊苣z監(jiān)測地基探測的方法有很多應(yīng)用一：氣溶膠的監(jiān)測主要有太陽輻射計(jì)、粒子計(jì)數(shù)器等方法。地基探測方法可以準(zhǔn)確提供當(dāng)?shù)貧馊苣z信息地基測定方法受到人力物力的限制，探測范圍較小，并且在廣大的海洋、沙漠等無人區(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：地基探測方法的優(yōu)缺點(diǎn)？第17頁,共25頁，2024年2月25日，星期天大氣遙感應(yīng)用—?dú)馊苣z監(jiān)測衛(wèi)星遙感彌補(bǔ)了一般地面觀測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于光學(xué)厚度反演過程中源于地表反照率和氣溶膠模型帶來的誤差難以估計(jì)，因此衛(wèi)星遙感需要同時(shí)有地面遙感觀測進(jìn)行對比與校正第18頁,共25頁，2024年2月25日，星期天大氣遙感應(yīng)用—?dú)馊苣z監(jiān)測衛(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)星上探測到的輻射由下墊面反射的太陽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)星上探測到的輻射由幾部分組成？第19頁,共25頁，2024年2月25日，星期天大氣遙感應(yīng)用—?dú)馊苣z監(jiān)測大陸型氣溶膠光學(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,共25頁，2024年2月25日，星期天大氣遙感應(yīng)用—?dú)馊苣z監(jiān)測陸地上的稠密植被、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

模擬及觀測研究表明，在晴空無云的暗像元上空，衛(wèi)星觀測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(0.6-0.7μm)和藍(lán)波段(0.4-0.5μm)的反射率也非常低第21頁,共25頁，2024年2月25日，星期天大氣遙感應(yīng)用—?dú)馊苣z監(jiān)測大陸型氣溶膠光學(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（0.60-0.68μm）和藍(lán)（0.40-0.48μm）波段反射率低的特性，根據(jù)植被指數(shù)（NDVI）或中紅外通道（2.12μm）反射率進(jìn)行暗像元識別，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,共25頁，2024年2月25日，星期天大氣遙感應(yīng)用—?dú)馊苣z監(jiān)測步驟大陸型氣溶膠光學(xué)厚度反演方法——暗像元法

氣溶膠對空間觀測輻射的影響隨波長增加而遞減，到中紅外波段氣溶膠對觀測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)，2.12μm通道衛(wèi)星觀測表觀反射率幾乎不受氣溶膠的影響?？梢杂?.12μm通道的表觀反射率代替2.12μm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,共25頁，2024年2月25日，星期天氣溶膠監(jiān)測步驟大陸型氣溶膠光學(xué)厚度反演方法——暗像元法

KaufmanYJetal發(fā)現(xiàn)對于陸地上的暗地表（濃密植被或黑土），紅（0.66μm）、藍(lán)（0.47μm）和中紅外（2.