大气参数反演之气溶胶反演
大气气溶胶卫星遥感反演研究综述
大气气溶胶卫星遥感反演研究综述【摘要】本文主要围绕大气气溶胶卫星遥感反演研究展开综述。
首先介绍了大气气溶胶卫星遥感技术的原理，包括传感器、数据处理和遥感算法等方面。
然后详细探讨了大气气溶胶卫星遥感反演方法，包括单光谱反演、多光谱反演和激光雷达反演等。
接着总结了大气气溶胶卫星遥感反演结果，并详细介绍了反演结果在气象学、环境监测和气候变化研究中的应用。
最后对大气气溶胶卫星遥感反演研究的进展进行了概述，指出了当前研究存在的问题和未来发展方向。
展望了大气气溶胶卫星遥感反演的未来发展，包括技术创新、应用拓展和国际合作等方面。
通过本文的综述，有望促进大气气溶胶卫星遥感反演研究的深入发展并为相关领域的应用提供支撑。
【关键词】大气气溶胶、卫星遥感、反演、研究综述、技术原理、方法、结果、应用、进展、展望1. 引言1.1 大气气溶胶卫星遥感反演研究综述概述大气气溶胶是指在大气中悬浮的微小颗粒物质，是空气污染的主要成分之一。
气溶胶的数量、大小、成分和分布对大气环境和气候变化具有重要影响。
卫星遥感技术能够全面、连续地监测大气气溶胶，为研究气溶胶的来源、形成机制和影响提供了重要手段。
本文将综述大气气溶胶卫星遥感反演研究的相关内容，包括技术原理、反演方法、反演结果、应用和进展。
通过对卫星遥感数据的获取、处理和分析，可以获取大气气溶胶的空间分布、垂直分布和时空变化规律，为大气环境监测和气候研究提供重要参考。
本文将系统介绍大气气溶胶卫星遥感技术的基本原理，包括遥感器的设计原理、数据获取方式以及数据处理方法。
将探讨不同反演方法在大气气溶胶遥感中的应用，比较各种方法的优缺点，为研究者和决策者提供参考。
通过对大气气溶胶卫星遥感反演结果的分析，可以揭示大气气溶胶的空间分布和变化趋势，为环境保护和气候变化研究提供重要支撑。
结合遥感数据和模型模拟的研究，可以更准确地评估大气气溶胶对气候变化的影响。
本文还将探讨大气气溶胶卫星遥感在大气污染监测、气候变化研究、灾害预警等方面的应用，并展望未来大气气溶胶卫星遥感反演研究的发展方向，为相关研究和应用提供参考和借鉴。
操作-大气校正,辐射定标,气溶胶反演
基于RS\GIS监测洪灾变化上机操作实例基本原理：①大气校正遥感图像在获取过程中，受到大气吸收与散射、传感器定标、地形等因素的影响，且会随时间的不同而有所差异。
利用多时相遥感图像的光谱信息检测地物变化的重要前提是要消除不变地物的辐射值差异。
大气校正的目的是消除大气和光照等因素对地物反射的影响，大多数情况下，大气校正是反演地物真实反射率的过程。
目前可以进行大气校正的模块有很多种，如最早的MODTRAN 4+，6S (Second Simulation of the Satellite Signal in the Solar Spectrum)，ACORN，ATREM，在ERDAS IMAGINE 8.7上的模块ATCOR，以及ENVI上的模块FLAASH（基于MODTRAN）。
FLAASH可对LANDSAT，SPOT，A VHRR，ASTER，MODIS，MERIS，AATSR，IRS等多光谱、高光谱数据、航空影像及自定义格式的高光谱影像进行快速大气校正分析。
下面的大气纠正步骤，都是基于FLAASH进行的。
②辐射定标当我们拿到一幅原始影像，先要进行辐射定标，目的是把图像上的DN（Digital Number）值转为辐亮度或者是反射率。
辐射定标的结果可以是表观辐亮度（L），也可以是表观反射率（ρ）。
计算表观辐亮度（L）的公式为：Radiance=（（Lmax-Lmin）/（Qcalmax-Qcalmin）*（Qcal-Qcalmin）+Lmin ①其中：Radiance 是表观辐亮度，注意单位是W/m2·sr·μm；Qcal为像元DN 值（也就是影像数据本身）；Qcalmax为传感器处最大辐亮度值所对应的DN值，一般为255；Qcalmin 为传感器处最大辐亮度值所对应的DN值，一般为0；Lmax 和Lmin是从参数表中查询，Lmin为光谱辐亮度的最小值，单位同L；Lmax为光谱辐亮度的最大值，单位同L。
大气遥感第六章：大气效应校正和大气参数反演
（2）对于热红外波段，多次散射一般可以忽略不计，但大气和地表 自身发射必须考虑。
（3）对于中红外波段，则既需要考虑地表与大气自身的发射，同时 又要考虑大气的多次散射作用，因此更加复杂，我们不展开讨论。
23
仅讨论可见光/近红外波段 为了问题的简化，在地表朗伯体、大气水平均一假设条件下， 我们可以得到：
其中
，
； 分别为观测天顶角与太阳天顶角；
为传感器接L受(到v的) 辐射亮度， 为观测方向的路径辐射项； 为地
表反射率；S为大气下界的半球反射率； 为大气层顶与太阳光垂直
方向的通量密度。
9
利用入射太阳辐射项 归一化上式可得：
从物理实质上看，这是地-气系统辐射传输问题，对 地表遥感而言，即为大气效应校正问题，而对大气遥感 而言，则是地表背景作用的扣除问题，确切的说，这是 同一个问题的两个方面。
对同一波长而言，卫星对地观测在同一时刻只有一 个观测值，而至少有两个或者两个以上的未知量（即大 气光学厚度和地表反照率），因此问题的解事不确定的， 必须要增加新信息，以解决反演求解的不确定性。
14
（4）其它大气校正方法
·直方图匹配法(Histogram Matching Methods)：假设晴空条 件与大气浑浊条件下地表反射率的直方图分布相同;算法被ERDAS和PCI 等图像处理软件采用；
·反差减少法（Contrast Reduction Methods）：气溶胶散射 减小地表反射率的差异，因此局部图像方差可以用于估算气溶胶光学厚 度;
大气气溶胶卫星遥感反演研究综述
大气气溶胶卫星遥感反演研究综述【摘要】大气气溶胶对气候变化和空气质量具有重要影响，因此大气气溶胶的遥感监测变得至关重要。
本文首先介绍了大气气溶胶的来源和影响，然后详细解析了大气气溶胶卫星遥感技术原理和反演算法，以及反演结果验证的重要性。
接着探讨了大气气溶胶卫星遥感在环境监测中的应用，展示了其在改善空气质量和监测气溶胶分布方面的潜力。
对大气气溶胶卫星遥感的发展前景、研究挑战和意义进行了总结和展望。
本文旨在全面了解大气气溶胶卫星遥感的研究现状和未来发展方向，为相关领域的研究和应用提供参考和借鉴。
【关键词】大气气溶胶、卫星遥感、反演研究、来源、影响、技术原理、算法、结果验证、环境监测、发展前景、挑战、意义1. 引言1.1 大气气溶胶卫星遥感反演研究综述大气气溶胶是指悬浮在大气中的固体或液体微粒，是大气污染的主要成分之一。
它源自于自然和人为活动，如火山喷发、森林火灾、工业排放等。
大气气溶胶对气候变化、大气光学、空气质量等方面产生重要影响，因此对其进行监测和研究具有重要意义。
随着遥感技术的发展，大气气溶胶卫星遥感成为研究气溶胶的重要手段之一。
通过卫星遥感技术，可以获取全球范围内的大气气溶胶分布情况，为气溶胶研究提供了丰富的数据资源。
大气气溶胶卫星遥感反演研究致力于利用卫星观测数据推导大气气溶胶的物理和化学特性，探索其在大气环境中的变化规律。
本综述将从大气气溶胶的来源和影响、卫星遥感技术原理、反演算法、反演结果验证以及在环境监测中的应用等方面进行综合阐述，同时探讨大气气溶胶卫星遥感的发展前景、研究面临的挑战以及其在环境保护、气候变化研究等方面的意义。
通过对大气气溶胶卫星遥感进行全面总结，旨在推动相关研究的进展，促进大气环境监测和管理水平的提升。
2. 正文2.1 大气气溶胶的来源和影响大气气溶胶是指悬浮在大气中的微小固体或液体颗粒物质，来源主要包括自然源和人为活动。
自然源方面，火山爆发、森林火灾、沙尘暴等自然现象会释放大量气溶胶物质；人为活动包括工业生产、汽车尾气、生物质燃烧等，都会产生大气气溶胶。
大气参数反演之气溶胶反
06
参考文献
参考文献
气溶胶反演算法
基于卫星遥感数据和地面观测数据，通过一定的算法模型，反演出大气中气溶胶的分布 和浓度信息。
气溶胶对气候的影响
气溶胶能够吸收和散射太阳辐射，对气候变化产生重要影响。通过反演得到的气溶胶信 息有助于更好地了解气溶胶在全球气候变化中的作用。
气溶胶与空气质量的关系
气溶胶浓度的高低直接影响空气质量，反演得到的气溶胶信息可以为空气质量预报和治 理提供重要依据。
高分辨率气溶胶反演技术发展
偏振敏感技术
利用偏振敏感技术可以获取 气溶胶的更多信息，提高反 演精度，是未来气溶胶反演
技术的重要发展方向。
多角度观测技术
利用多角度观测技术可以获 取气溶胶在不同角度下的散 射特性，进而提高反演精度
。
深度学习技术
深度学习技术在图像处理和 模式识别等领域具有广泛的 应用前景，未来可以利用深 度学习技术提高气溶胶反演 的自动化和智能化水平。
气溶胶反演的数学模型
辐射传输模型
描述光在气溶胶介质中的传播过程，包括散射、吸收、再辐射等 作用。
大气辐射传输方程
基于能量守恒原理建立的方程，用于描述大气中辐射能量的传输 过程。
气溶胶反演模型
基于辐射传输模型和观测数据建立的数学模型，用于反演气溶胶 的物理和化学特性。
03
气溶胶反演的算法与实 现
优化算法
大气污染源解析
要点一
总结词
气溶胶反演在解析大气污染源方面具有独特优势，通过对 气溶胶的化学组成和来源进行分析，可以识别出不同污染 物的排放源，为污染治理提供科学依据。
要点二
详细描述
气溶胶反演技术通过分析气溶胶中不同化学成分的浓度和 分布，结合排放源清单和气象信息，能够准确识别出不同 污染物的排放源。这种技术有助于政府和环保部门制定针 对性的污染治理措施，减少污染物排放，改善空气质量。
暗像元法反演气溶胶原理
暗像元法反演气溶胶原理
暗像元法反演气溶胶原理
气溶胶是指微观粒子悬浮在大气中的细小液滴、固体粒子和它们的复合体。
这些微粒子对空气质量和天气的影响非常显著，因此对气溶胶的研究显得至关重要。
暗像元法（DARK）是一种用于实现气溶胶的光学探测的技术，其反演原理是基于独特的光学散射过程。
暗像元法反演气溶胶原理主要分为以下几个步骤：
1.制备样品
首先需要制备一个模拟真实大气环境的样品，以获得粒子分布情况。
样品制备的方法是根据实际大气中的分布数据来确定颗粒物的类型、大小和浓度，然后通过特定的技术手段将颗粒物分散到空气中。
2.测量样品的散射和透射特性
使用适当的仪器对样品进行测量，包括反射、散射、透射和吸收四个方向。
这些被测量的数据需要计算出本底散射信号，用于后续的暗像元法反演计算。
3.计算暗像元
暗像元法的独特之处在于它可以利用散射和透射信号的比值（R/T）来计算出暗像元。
暗像元指的是样品中一个离散物质的散射和透射的比值。
要计算暗像元，需要对样品中多个离散物质进行测量，并对信号
进行处理。
最终，计算出的暗像元将作为反演算法的输入参数。
4.反演大小和浓度
利用计算得到的暗像元和经验模型推算气溶胶的大小和浓度。
反演结果有两种形式：一种是把结果以图像的形式呈现出来，另一种是将结果以数值的形式输出。
反演的结果将有助于分析气溶胶的来源、成分和分布。
暗像元法反演气溶胶原理是基于光学散射计算的，并且具有高精度、非侵入性和实时性等优点，已逐渐成为研究气溶胶的主要手段之一。
大气气溶胶卫星遥感反演研究综述
大气气溶胶卫星遥感反演研究综述近年来，大气气溶胶成为了全球关注的焦点之一。
大气气溶胶是指大气中悬浮的微小颗粒，它们对大气的辐射传输和化学反应产生影响，对人类健康、能源利用、气候变化等方面造成严重影响。
因此，对大气气溶胶进行遥感反演研究有着重要意义。
本文对大气气溶胶卫星遥感反演研究进行综述。
大气气溶胶卫星遥感反演是指通过对于卫星遥感数据进行处理和分析，以获取大气中气溶胶的分布、浓度、粒径等信息的方法。
目前普遍采用的是基于光学遥感的技术，通过卫星传感器测量大气中的太阳辐射、反射辐射和散射辐射等，利用大气辐射传输模型和气溶胶反射率模型将测量数据反演成大气气溶胶特征参数。
大气气溶胶卫星遥感反演的常用传感器有：国际气象卫星-3 (MTSAT-3) / 日本气象厅(JMA) 的宽频分辨率成像光谱仪 (ARS)，美国国家航空航天局 (NASA) 的地球观测系统(EOS) 的云和地球之间气体卫星 (CALIPSO)，中国科学院南京空气净化研究所气溶胶观测与模拟实验站 (CAREBeijing-Flux) 的主动式气溶胶光学探测仪 (APS)等。
各个卫星传感器的测量精度和遥感反演能力各有差异，需结合目标研究问题来选择合适的卫星和传感器。
大气气溶胶卫星遥感反演研究的主要内容包括气溶胶反射率、气溶胶透过率、气溶胶比温差、气溶胶光学厚度、气溶胶粒径等。
其中，气溶胶反射率是指气溶胶对于太阳辐射和陆地反照率的反射，是气溶胶遥感反演的重点参数。
气溶胶透过率是指气溶胶向地面和大气下方的透过，是气溶胶浓度反演的重要参量。
气溶胶比温差是指气溶胶和大气之间的温度差，是考虑气溶胶光学性质的关键因素。
气溶胶光学厚度是指在垂直于地面方向上，大气中存在的气溶胶颗粒对于入射太阳辐射所产生的响应，可以推导出气溶胶浓度、尺寸和化学组成等重要参数。
气溶胶粒径是指气溶胶颗粒的大小，是气溶胶反演的重要参考指标。
大气气溶胶卫星遥感反演研究可以应用于气溶胶污染监测、气溶胶辐射强迫和云辐射生长等方面。
气溶胶光学特性的遥感反演方法研究
气溶胶光学特性的遥感反演方法研究随着现代工业的发展，气溶胶污染越来越严重，对健康和环境都造成了一定的威胁。
因此，研究气溶胶的成分、分布和浓度等信息非常重要。
然而，气溶胶是一种难以直接观测的微观物质，因此需要借助遥感技术来间接获取其光学特性参数。
一、气溶胶的光学特性参数气溶胶是一种分散的、非晶态的固体或液体颗粒，在大气中存在各种形态和尺寸的气溶胶。
气溶胶的光学特性参数描述了气溶胶与光的相互作用过程，是遥感反演中常用的参数。
其中，主要包括以下几个参数：1、气溶胶光学厚度（AOD）：气溶胶吸收和散射光线的总量，是描述大气混浊程度的重要物理量。
AOD是从地球表面或航空器上通过大气光学成像设备获取的数据，用于确定大气中气溶胶物质的分布和浓度，是气溶胶遥感研究的重要参量。
2、气溶胶光学直径（AOD）：描述气溶胶的尺寸大小。
它是气溶胶颗粒输运和沉积的重要参数，通过对气溶胶粒子在大气中的运动轨迹和捕获的数据进行分析，可以对大气环境和气象变化有一个更为详细的描述。
3、吸收光学深度（AODa）：描述气溶胶吸收光线的数量。
与AOD类似，吸收光学深度是反映大气透射光谱特性的重要参数，可以用来识别气溶胶吸收谱线的特征。
二、气溶胶遥感反演方法研究气溶胶遥感反演方法是利用观测数据来估算，或者从遥感影像数据中直接提取气溶胶光学特性参数的一种方法。
气溶胶遥感反演方法分为直接反演和间接反演两种，其中直接反演要求观测系统直接测量气溶胶光学特性参数，而间接反演则是利用以反向模型等方法来从观测数据中估算气溶胶光学特性参数。
1、直接反演直接反演方法直接从遥感图像中提取气溶胶光学特性参数，是一种比较常见的气溶胶遥感反演方法。
直接反演的关键是选择适当的算法和模型来计算气溶胶光学参数，其中多数算法需要大量的样本数据来进行训练和验证。
2、间接反演间接反演方法是以气溶胶吸收、散射和透射光度为基础，从多角度、多波段的卫星遥感图像中提取吸收、散射和透射光度，进而估算AOD等光学特性参数。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
埃根核 大粒子 巨粒子
1
气溶胶来源
气溶胶按其来源可分为一次气溶胶（以微粒 形式直接从发生源进入大气）和二次气溶胶 （在大气中由一次污染物转化而生成）两种。 它们可以来自被风扬起的细灰和微尘、海水 溅沫蒸发而成的盐粒、火山爆发的散落物以 及森林燃烧的烟尘等天然源 也可以来自化石和非化石燃料的燃烧、交通 运输以及各种工业排放的烟尘等人为源
9
陆地气溶胶光学厚度反演原理
T ( S ) 和 T (V )
均可被描述为两部分之和：
/ S
/ V
T ( S ) e
T (V ) e
td ( S )
td (V )
10
陆地气溶胶光学厚度反演原理
11
陆地气溶胶光学厚度反演原理
0Pa ( S ,V , ) toa ( S ,V , ) m ( S ,V , ) 4 S V s ( S ,V , ) T ( S , , 0 , Pa )T (V , , 0 , Pa ) 1 s ( S ,V , ) S (, , 0 , Pa )
7
气溶胶反演的难点
从上式可以看出，要从遥感图像中获取地表信息或大气信息，必须要知道两者中 的另外一种信息，然而在遥感反演中，右边的两项信息都是未知的。这就给气溶 胶的反演带来一定的难度。要想反演出大气信息，必须通过其他途径获得目标地 物的真实地表信息。然而到目前为止尚未有有效的方法来准确的估计地表信息， 这正是目前气溶胶遥感反演的一个难点也是一个热点。
4
人类活动造成的对流层气溶胶所产生的辐射 强迫是气候变化的一个重要贡献者。 硫酸盐气溶胶和含碳气溶胶，两类气溶胶在 气候变化研究中具有特殊的重要性。 如研究表明：以黑炭吸收为主产生的增温效 应，称为气溶胶正强迫作用；而硫酸盐气溶 胶则相反，其降温作用，称为气溶胶负强迫 作用。
5
气溶胶的光学特性
3
气溶胶的辐射强迫作用包括直接辐射强迫和 间接辐射强迫作用。 气溶胶对太阳辐射的吸收和散射会改变地球 大气系统的行星反照率,从而影响到地气系统 的能量平衡; 大气气溶胶还起到云凝结核的作用;大量的气 溶胶颗粒有可能使云滴的数密度增加,云滴的 平均半径变小,这有可能使云对太阳辐射的反 射率增加或使云的维持时间加长,甚至使降水 减少。
18
陆地气溶胶光学厚度反演方法
19
陆地气溶胶光学厚度反演方法
在大气中6S模型主要考虑六种气体的吸收作用，它们是：氧气、二氧化碳、甲烷、 一氧化氮、水汽和臭氧，其中前四种气体含量稳定且均匀，而水汽和臭氧随着时间和 地点的变化而变化。
20
可见光地表反射详细流程
22
基本性质
Aerosol 粒子半径0.001 m -100 m 气溶胶是液态或固态微粒在空气中的悬浮体系。 作为水滴和冰晶的凝结核、太阳辐射的吸 收 体和散射体，并参与各种化学循环，是大气的 重要组成部分。 分类
r 0.1 m 0.1 m r 1.0 m 1.0 m r 100 m
包括：气溶胶的光学厚度 、粒子尺度谱分布、 折射率（实数 虚部）、 消光系数垂直分布、 单次散射反照率、散射相函数 后两者可在前四个参数基础上推导而出。
6
气溶胶光学厚度反演原理与方法
在不考虑地－气系统之间的多次反射作用以及交叉辐射 作用的情况下，卫星传感器所获得的总辐射亮度主要是由地 表对太阳直射辐射的反射以及大气气溶胶和其他大气成分对 太阳短波辐射的后向散射所组成。因此，要从卫星数据反演 出大气气溶胶信息，就必须精确的从卫星传感器所获的总辐 射亮度中去除地表信息以及其他大气成分的贡献。
8
陆地气溶胶光学厚度反演原理
当假设陆地表面为均匀的朗伯体表面时，卫星传感器所测量的大气 顶层的表观反射率可以表示为：
s ( S ,V , ) toa ( S ,V , ) a ( S ,V , ) T ( S )T (V ) 1 s ( S ,V , ) S
2
气溶胶的辐射特性及其气候环境效应
气溶胶对气候和环境的辐射效应演研究基本 上是20世纪90年代开始的,主要包含两部分内 容: 一是不同地区气溶胶对周围环境的辐射效应 研究,主要局限于局地范围和特定的气溶胶类 型 二是气溶胶气候效应的模式研究,主要从局域 和全球尺度对气溶胶的气候效应进行模拟研 究,以阐明气溶胶对气候变化的影响。
12
陆地气溶胶光学厚度反演方法
13
陆地气溶胶光学厚度反演方法
14
陆地气溶胶光学厚度反演方法
15
陆地气溶胶光学厚度反演方法
16
陆地气溶胶光学厚度反演方法
17
陆地气溶胶光学厚度反演方法
暗像元法反演气溶胶不仅需要确定地表反射率，还需要在假定气溶胶模式、大气模 式以及相应几何关系的情况下，利用大气辐射传输模型（如6S模型）计算查找表， 最后通过输入地表反射率，相应几何参数，以及对应波段的表观反射率来查找气溶 胶光学厚度。