大气气溶胶偏振遥感研究进展_郭红
基于卫星遥感数据的大气污染物浓度反演研究
基于卫星遥感数据的大气污染物浓度反演研究随着经济的发展和人类活动的增加，大气污染已成为全球关注的焦点之一。
而在大气污染治理中，准确地获取和监测大气污染物浓度是至关重要的。
传统的大气污染监测方法往往有局限性，而基于卫星遥感数据的反演研究提供了一种全新的解决方案。
卫星遥感数据具有广覆盖、连续性强、实时性好等特点，可以为大气污染物浓度的反演提供重要的数据支持。
利用卫星观测数据，可以对污染物的浓度进行定量评估，了解其时空分布特征，从而更好地研究和管理大气污染问题。
在基于卫星遥感数据的大气污染物浓度反演研究中，首先需要选择适合的卫星遥感数据。
不同的污染物具有不同的特征，因此需要根据具体的研究目标选择不同的卫星数据源和传感器。
例如，可见光谱可以提供对大气颗粒物的反演信息，红外光谱则可以用于测量大气的气体污染物。
此外，应充分考虑卫星数据的分辨率、频率、测量精度等因素，以获得准确的结果。
其次，对卫星遥感数据进行预处理，包括辐射定标、大气校正、云剔除等步骤。
由于卫星观测数据受到大气散射、云、雨等因素的影响，需要通过预处理将这些干扰因素剔除，保证数据的准确性。
接着，采用适当的反演算法对预处理后的卫星遥感数据进行处理。
常用的反演算法包括经验模型法、统计相关法、物理模型法等。
经验模型法主要基于大气成像光谱仪数据和传感器的观测数据，通过建立污染物浓度与反射率之间的经验关系，来反演大气污染物浓度。
统计相关法则通过建立大气污染物浓度与一系列观测参数之间的统计相关关系，从而实现其反演。
物理模型法则是利用大气光谱的光学特性和大气光谱的数学物理模型，根据大气光谱数据推算出大气污染物浓度。
最后，对反演结果进行评估和验证。
反演结果的准确性和可信度对于后续的研究和决策起着重要的作用。
通常通过与地面监测数据、成像光谱仪数据以及模拟模型数据进行对比，来评估卫星反演数据的准确性和可靠性。
虽然基于卫星遥感数据的大气污染物浓度反演研究具有许多优势，但也面临着一些挑战。
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。
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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。
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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。
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（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;
基于随机森林模型的中国气溶胶光学厚度反演及变化分析
基于随机森林模型的中国气溶胶光学厚度反演及变化分析目录1. 内容描述 (2)1.1 研究背景与意义 (2)1.2 研究内容与方法 (4)1.3 文献综述 (6)2. 数据收集与处理 (8)2.1 数据来源与格式 (9)2.2 数据预处理 (9)2.2.1 数据清洗 (11)2.2.2 数据归一化 (12)2.2.3 数据分割 (12)3. 随机森林模型构建 (12)3.1 模型原理简介 (14)3.2 模型参数设置 (15)3.3 模型训练与验证 (17)4. 气溶胶光学厚度反演 (18)4.1 反演算法介绍 (19)4.2 反演结果展示 (21)4.3 反演精度评估 (22)5. 气溶胶光学厚度变化分析 (23)6. 结果讨论与影响因素分析 (25)6.1 反演结果的可能原因 (26)6.2 影响气溶胶光学厚度的因素分析 (28)6.2.1 大气环流 (29)6.2.2 地表覆盖 (31)6.2.3 人为活动 (32)7. 结论与展望 (33)7.1 研究结论总结 (35)7.2 政策建议与未来研究方向 (36)1. 内容描述本文将聚焦于基于随机森林模型的中国气溶胶光学厚度反演及变化分析。
气溶胶光学厚度作为大气环境领域的重要参数，对于研究空气质量、气候变化以及环境影响具有重要意义。
随着工业化和城市化进程的加快，中国地区的气溶胶光学厚度呈现出复杂多变的特征，对其进行准确反演和变化分析尤为关键。
本文将首先介绍气溶胶光学厚度的基本概念及其重要性，阐述其在环境保护和气候研究中的应用价值。
将详细介绍随机森林模型的基本原理及其在气溶胶光学厚度反演中的应用优势。
通过结合中国地区的气象数据、遥感数据等多源数据，利用随机森林模型进行气溶胶光学厚度的反演，分析其时空分布特征。
在此基础上，进一步探讨气溶胶光学厚度的变化趋势及其影响因素，包括自然因素（如风场、气象条件等）和人为因素（如工业排放、交通排放等）。
将结合相关案例，分析气溶胶光学厚度变化对空气质量、气候变化等方面的影响。
氧气A吸收带大气遥感应用研究进展-ResearchGate
See discussions, stats, and author profiles for this publication at: https:///publication/274837382A Review of Oxygen A2Band Research Article · February 2008CITATIONS 0READS 783 authors, including:Zhang YanChinese Academy of Sciences9PUBLICATIONS 6CITATIONSSEE PROFILEAll content following this page was uploaded by Zhang Yan on 10 July 2016.收稿日期:2009209223;修订日期:2010203207基金项目:国家自然科学基金资助项目(40675018、40775026)。
作者简介:张岩(1982-),男,博士研究生,主要从事大气中云参数卫星遥感方面的研究。
E 2mail :zhang_yan11_1982@ 。
氧气A 吸收带大气遥感应用研究进展张 岩,段民征,韩志刚,吕达仁(中国科学院大气物理研究所,北京 100029)摘要:位于可见光波谱的氧气A 吸收带具有独特的谱线结构,随波长或仪器分辨率的变化表现出不同的光谱特性。
因而从20世纪60年代到现在,氧气A 吸收带在遥感中的应用一直是国外学者研究的热点。
总结了业已取得的成果和未来应用的发展方向并分析了其潜在探测能力,希望能够引起国内相关学者的重视,为我国氧气A 带探测技术的应用与发展提供理论基础。
关 键 词:氧气A 吸收带;遥感;研究进展中图分类号:TP 79 文献标志码:A 文章编号:100420323(2010)022*******1 引 言自遥感技术被引入大气科学领域以来,科学家们就在不断尝试利用特定吸收谱线探测大气特征(温、压、湿等)以及内部的云、气溶胶等的特定微观参数和宏观特征,进而获得最佳的反演结果。
大气气溶胶对辐射强迫作用研究
大气气溶胶对辐射强迫作用研究近年来，大气气溶胶对气候变化的影响成为了科学界研究的重要课题。
大气气溶胶是指在大气中悬浮的微小粒子，其来源包括人类活动和自然源，例如燃烧排放物、沙尘暴、火山喷发等。
这些微小粒子的存在不仅对空气质量和人体健康产生直接的影响，还对大气辐射传输产生了复杂的影响。
辐射强迫是指气溶胶对地球辐射收支的影响量。
大气气溶胶能够散射、吸收和反射太阳辐射，进而改变大气实际辐射向地表的传输。
此外，它们还能够干扰地球辐射向外层空间的辐射传输。
因此，对大气气溶胶的辐射强迫作用的研究不仅对于气候模型的精确参数化具有重要意义，也有助于我们更好地了解全球气候变化的机制。
辐射强迫的研究需要从不同颗粒物的物理特性入手。
气溶胶的主要成分是硫酸盐和有机质，它们对辐射的吸收和散射有着不同的贡献。
硫酸盐是一种典型的散射剂，能够有效地将太阳辐射散射回太空；而有机质则对红外辐射和可见光吸收较强，能够将部分辐射转换为热能并带来温室效应。
此外，气溶胶的光学特性还受到粒子尺寸、体积浓度和复杂的呈现形态的影响。
为了研究气溶胶对辐射强迫的作用，科学家们进行了大量的实验和模拟研究。
他们使用精密的仪器和颗粒物模型，测量并模拟了不同气溶胶在大气中的特性。
其中，气溶胶的光学特性是研究的焦点。
通过实验和数值模拟，科学家们得出了一系列有关气溶胶对不同波长辐射的散射和吸收特性的数据，进一步推导出气溶胶辐射强迫的算法和参数。
辐射强迫研究的结果提示我们，大气气溶胶在气候变化过程中作用重要且复杂。
它们的存在可以减少太阳辐射的到达地表，从而对全球气候产生冷却效应；同时，它们还可以增加大气中的云量和云粒子的分布，从而影响到云的反照率和热力学性质。
这些变化将导致局部和全球尺度上的气温和降水的改变，进一步影响地球的气候系统。
然而，值得注意的是，目前对气溶胶辐射强迫的研究仍然存在一定的不确定性。
首先，气溶胶的成分和复杂的相互作用使得其辐射特性难以精确把握，需要更多的实验和观测数据来验证和调整现有的模型。
激光雷达在雾霾天气气溶胶光学特性探测中的应用研究
激光雷达在雾霾天气气溶胶光学特性探测中的应用研究摘要：雾霾天气是指大气中颗粒物浓度高、能见度低的一种气象现象，其主要成分是气溶胶粒子。
气溶胶粒子对大气光的散射和吸收作用影响着能见度、大气辐射传输、气候变化等。
因此，研究雾霾天气中气溶胶粒子的光学特性对于深入了解其成因、形成机制以及对环境和健康的影响具有重要意义。
近年来，全球范围内的雾霾污染日益严重，给人们的生活、健康和经济带来了严重的影响。
了解雾霾污染的程度和范围，掌握气溶胶粒子的光学特性对于制定有效的治理措施和改善空气质量至关重要。
随着大气光学模拟和遥感技术的不断发展，可以利用光学仪器和传感器对气溶胶粒子的光学特性进行监测和探测。
这些技术的发展为研究雾霾天气中气溶胶的光学特性提供了可靠的手段。
雾霾天气中的气溶胶粒子对人体健康和环境产生重要影响。
研究气溶胶光学特性可以揭示其与大气环境参数、气候变化、空气质量等因素之间的关系，为环境保护和健康风险评估提供科学依据。
综上所述，雾霾天气气溶胶光学特性的探测研究具有重要的科学意义和实际应用价值，对于深入了解雾霾污染的成因和机制，制定有效的治理措施以及保护环境和人类健康具有重要意义。
关键词：环境预测;雾霾天气;气溶胶;光学厚度反演;1 雾霾天气气溶胶光学特性探测的概述雾霾天气气溶胶光学特性的探测是指通过光学仪器和传感器对大气中的气溶胶粒子进行监测和分析，以了解其光学特性和组成成分。
这些光学特性包括气溶胶粒子的散射、吸收、透过等光学过程，以及粒径分布、光学密度等参数。
具体而言，雾霾天气气溶胶光学特性的探测主要包括以下几个方面，散射特性探测：通过测量气溶胶粒子对入射光的散射，可以了解气溶胶粒子的粒径大小和分布情况。
常用的技术包括激光颗粒物分析仪、激光多角度散射仪等。
吸收特性探测：通过测量气溶胶粒子对入射光的吸收，可以了解气溶胶粒子的化学组成和浓度。
常用的技术包括吸光度测量、多波段吸收光谱仪等。
透过特性探测：通过测量光线透过大气中的气溶胶层的变化，可以了解气溶胶粒子的浓度和分布情况。
ENVI遥感图像处理-基于MODIS数据的气溶胶遥感监测
卫星遥感手段以其时效性高、覆盖面广、分辨率高等优势使得快速 大面积监测气溶胶情况成为可能。MODIS是先进的多光谱遥感传感 器，具有36个观测通道，覆盖了当前主要遥感卫星的主要观测数据。
研究区域
• 北京市 • 数据：
✓ MOD021KM.A2012156.0255.005.2012156094454.hdf
3.2 角度数据集的几何校正
利用GCP点对图像的校正工具：
✓ Toolbox/Geometric Correction/Registration/Warp from GCPs: Image to Map Registration
3.3 角度数据单位换算和研究区裁剪
HDF中的角度数据是扩大了100倍的，所以在进行气溶胶反演 之前要将角度合成数据乘以0.01。利用Band Math实现，并 同时将研究区裁剪出来
参考文献：
本 专 题 利 用 IDL 编 写 的 气 溶 胶 反 演 的 扩 展 工 具 modis_aerosol_inversion.sav ， 将 该 文 件 放 到…:\Program Files\Harris\ENVI54\extensions文件夹 下
3.5 气溶胶反演结果
专题总结
• MODIS数据下载地址：
✓ /data/search.html
处理流程介绍
MODIS数据是采用的MODIS L1B 1KM数据。应严格按照说明进行 操作，例如数据是1km的，数据的合成是反射率在上，发射率在下 等。
ENVI下做的北京市气溶胶反演，具体包括MODIS影像（HDF）的辐 射校正、几何校正、云检测、气溶胶反演。
Correction/Georeference
海洋气溶胶多光谱偏振特性研究
海洋气溶胶多光谱偏振特性研究杨斌;颜昌翔【摘要】为提高海洋气溶胶的反演精度，定量研究了气溶胶在可见近红外波段的多光谱偏振辐射特性。
首先建立了合理的海洋气溶胶及海面模型，基于逐次散射法准确模拟了光在气溶胶中及大气—海洋交界面处的矢量辐射传输过程，接着从光谱角度定量分析了典型波段处的反射率和偏振反射率，在此基础上提出了海洋气溶胶偏振辐射的光谱分布模型，并用卫星数据对模型进行验证，最后研究了气溶胶光学厚度、观测角度、海水叶绿素 a浓度和海面风速对气溶胶多光谱偏振辐射的影响。
研究表明，在可见近红外波段不考虑大气吸收和耀斑效应时，气溶胶偏振辐射的光谱变化符合幂函数模型；在不同波段处，海洋气溶胶的偏振辐射受海水叶绿素a浓度和海面风速的影响不同；海洋气溶胶的多光谱偏振辐射信息有效体现了气溶胶的自身特性，且与反射率相比，偏振反射率随各因素的变化存在更明显的谱段差异性。
因此，可以运用气溶胶的多光谱偏振信息反演海洋气溶胶参数，多光谱探测的加入对提高气溶胶反演精度具有重要意义。
%In order to improve the retrieval accuracy of ocean aerosol ,quantitative study was carried out in terms of the multi-spectral polarized properties of the aerosol in visible and near-infrared wavebands.Firstly,an aerosol model and a sea surface model were built.And the vector radiative transfer procedure of light in aerosol and atmosphere-ocean interface was simulated <br> accurately based on the successive order of scattering method.Then from the perspective of the spectrum,the reflectance and polarized reflectance at the top of atmosphere in typical wavebands were quantitatively analyzed.Based on this,the spectrum dis-tribution model of ocean aerosolpolarized radiation was presented.And the model was validated with satellite stly,the influences of aerosol optical depth,viewing angle,chlorophyll a concentration and wind speed on multi-spectral polarized radia-tion of ocean aerosol were studied.The study shows that the changes of aerosol multi-spectral polarized radiation with wave-length can be best described with power function model when ignoring the absorbtion of atmosphere and solar flare effect in visi-ble and near-infrared wavebands.This phenomenon can be caused by Rayleigh scattering and Mie scattering.The influences of chlorophyll a concentration and wind speed on multi-spectral polarized radiation of ocean aerosol emerge as very different in dif-ferent wavebands.Specifically,the influences of chlorophyll a concentration on reflectance and polarized reflectance both can be neglected in near-infrared waveband.But in visible waveband,the influence on the reflectance must not be neglected any longer. Due to the increasement of the wind speed,the reflectance and the polarized reflectance increased significantly.But there are differences in the increases in different wavebands.The multi-spectral polarized radiative information of ocean aerosol can embod-y its own charactersitics effectively.And furthermore,the change of polarized reflectance with each factor has more obvious differences in different wavebands compared with reflectance.As a result,the multi-spectral polarized information of ocean aero-sol can be used to retrieve the parameters of the aerosol over the ocean.The achievement of multi-spectral information has great significance for improving the retrieval accuracy of the ocean aerosol.【期刊名称】《光谱学与光谱分析》【年(卷),期】2016(036)009【总页数】6页(P2736-2741)【关键词】海洋气溶胶;多光谱;矢量辐射传输方程;偏振【作者】杨斌;颜昌翔【作者单位】中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，吉林长春 130033; 中国科学院大学，北京 100049;中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，吉林长春 130033【正文语种】中文【中图分类】P236气溶胶是指悬浮于大气中直径为10-3～10 μm的微粒，是大气重要组成部分[1]。