陆地气溶胶光学厚度反演原理与方法

陆地气溶胶光学厚度遥感监测原理与方法

大气气溶胶是由大气介质和混合于其中的固体或液体颗粒物共同组成的多相体系。粒子的直径多在10-3～102μm之间。气溶胶光学厚度指无云大气铅直气柱中气溶胶散射造成的消光程度，是大气遥感的重要指标，也是衡量大气污染的重要指标。

利用卫星遥感进行气溶胶监测主要有暗目标法（Kaufman et al,1988）、结构函数法(Tanré et al.,1988)、多角度偏振法(Herman et al,1997)等。目前环境一号卫星CCD相机和超光谱相机的波段设置条件下，暗目标法可得到较好的应用，同时环境一号卫星CCD相机的高空间分辨率，为结构函数法的应用提供了可能。由于环境一号卫星各相机的工作方式的（非偏振）限制，目前尚无法应用多角度偏振方法，环境一号后续星将加入偏振传感器。

1.暗目标法

在可见近红外波段，传感器接收到的信号，既是气溶胶光学厚度的函数，又是下垫面地表反射率的函数。当地表反射率很小时，卫星观测的辐射值主要是大气的贡献，能够提取大气气溶胶信息，暗目标法就是利用浓密植被地区红蓝波段的辐射值和气溶胶光学厚度的这种关系反演气溶胶光学厚度。

2.结构函数法

对于高反射率地区，地表反射率较大，传感器测量的辐射值主要是地表的贡献项，对气溶胶的变化不再敏感，这时使用基于地表反射率的方法反演气溶胶光学厚度非常困难。

结构函数法是早期研究陆地污染气溶胶采用的卫星遥感算法。该算法假设同一个地区一段时间内地表反射率是不变的，利用“清洁日”大气作为参考，反演“污染日”大气的气溶胶光学厚度。利用结构函数法可以反演城市地区的气溶胶分布状况。

3.多角度偏振方法

大气中的气溶胶和大气分子与入射太阳辐射相互作用，除了可以散射和吸收入射辐射，还可以使入射辐射发生偏振，卫星通过测量后向散射的偏振特性，可以得到气溶胶信息。利用偏振信息进行气溶胶反演，具有受地表影响小、能够反演气溶胶物理性质的优势。