【摘要】：云覆蓋地球表面的67%,通過與太陽輻射的多重相互作用,云對地球大氣輻射平衡以及氣候變化有重要影響。人類活動與自然活動向底層大氣中排放出大量的污染粒子,常常使低層的水云受到污染。目前,污染云被認為是影響氣候變化的不確定因素之一。污染云的降雨對人類健康與生態(tài)環(huán)境產生重大的威脅。因此識別污染云具有十分重要的意義。由于污染云中含有很多小粒子,而偏振反射率對小粒子十分敏感,因此偏振遙感可作為識別污染云的一個有效手段。本次研究中使用的是具有多角度多光譜的POLDER數(shù)據(jù)。我國剛剛發(fā)射的GF-5號衛(wèi)星搭載的大氣氣溶膠多角度偏振探測儀(DPC)和POLDER傳感器具有相同的偏振通道,利用POLDER數(shù)據(jù)研究污染云可為我國高分5號衛(wèi)星研究污染云奠定了基礎。本研究基于POLDER衛(wèi)星影像,利用其多光譜多角度偏振數(shù)據(jù)識別污染云,并對檢測出的污染云進一步識別出煙灰污染云與沙塵污染云。首先利用清潔云與污染云的云滴譜分布參數(shù),理論計算了865nm處清潔云與污染云的偏振輻射亮度。根據(jù)清潔云與污染云的不同偏振輻亮度變化特征,利用兩個閾值:散射角140°的最大偏振輻亮度的閾值與散射角140°~160°范圍內的偏振輻亮度斜率擬合閾值,構建了污染云的識別算法。沙塵污染云和煙灰污染云是典型的自然污染云和人為污染云,文中構建了這兩種云的識別方法。理論計算了不同波段煙灰污染云與沙塵污染云的反射率與偏振反射率,并將結果與POLDER的實測數(shù)據(jù)對比。結果發(fā)現(xiàn)在可見光至近紅外煙灰污染云光譜反射率呈現(xiàn)出一個很強的上升梯度,光譜反射率的擬合斜率為正值且這種上升的梯度與受污染程度呈正相關關系。煙灰污染云的偏振反射率在散射角80°~120°明顯增大,使偏振反射率的擬合斜率呈負值。在散射角142°左右,最大偏振反射率值相較于純云有所降低。因此可聯(lián)合反射率與偏振反射率來識別煙灰污染云。沙塵污染云是一種比較常見的自然污染云,經(jīng)過理論計算,發(fā)現(xiàn)沙塵污染云的反射率從可見光至近紅外呈微弱的下降趨勢,沙塵污染云的偏振反射率在散射角80°~120°增加的很小。另外在散射角140°處的偏振反射率峰值降低。這些特征可以很好的識別沙塵污染云和煙灰污染云。最后將算法應用于不同的污染區(qū)域,利用CALIPSO觀測結果以及AQI對污染云的識別結果進行驗證,結果說明該算法可以很好的識別污染云并能準確的判斷出類型。文中的污染云的識別算法以及污染云類型區(qū)分算法不僅彌補了污染云識別算法的空白且能指出污染云的類型,可為我國即將發(fā)射的GF-5 DPC衛(wèi)星影像研究污染云奠定基礎,另外有利于理解與量化人為氣溶膠和自然氣溶膠對云的影響,可為檢測污染源以及污染類型提供一個新思路。
【圖文】：

模型中詳細的處理了關于表征的非朗伯表面反射功能特性矩陣。VLIDORT 在模擬衛(wèi)星接收的輻亮度時，可以同時輸出四個斯托克斯參數(shù)、地表參數(shù)和氣體廓線的權重函數(shù)。經(jīng)過數(shù)年發(fā)展，，VLIDORT 考慮了偏振的影響在此基礎上加入精確的單散射校正和非朗伯表面處理（BRDF），可以用來仿真大氣遙感觀測，反演氣溶膠、痕量氣體、云或者地表屬性，輸出結果不僅可以包括四個斯托克斯參量（I,Q,U,V），而且還可以輸出他們相對于氣溶膠單次散射和物理參數(shù)（如大小和形狀參數(shù)，折射率，高度），信號的自由度（DFS）的敏感性即雅可比（Jacobian）。許曉光等人以 VLIDORT 作為基本內核[48]，開發(fā)一個易于參數(shù)輸入的 UNL-VRTM 模型，該模型是在 VLIDORT 基礎上進行再開發(fā)的一種模型，吸收了VLIDORT 模型的大部分內容。VLIDORT 模型氣體吸收光譜的計算使用高分辨分子吸收（HITRAN）的譜線參數(shù)及其他痕量物種截面數(shù)據(jù)庫。對于給定的氣溶膠粒子的復折射指數(shù)與譜分布參數(shù)，利用線性 MIE 代碼或者計算其光學性質包括消光系數(shù)、散射系數(shù)、單次散射反照率、非對稱因子、散射相函數(shù)、偏振相函數(shù)等。

相對方位角為 100°，水云的光學厚度設定為 5，大氣模式為美準大氣。云的有效半徑從 3μm 到 15μm，有效方差設置為 0.1。計算結果見圖1 所示。由圖 3.1a 水云的歸一化輻亮度的分布可知，隨著有效半徑的增大云的歸一化輻射亮度減小，并且有效半徑越大時遞減的趨勢減弱。在有效11μm 到 15μm 之間，歸一化輻射強度的變化量可忽略不計。由此發(fā)現(xiàn)水云射亮度在 865nm 對有效半徑的變化不敏感。在散射角 142°和 125°輻射亮度個極值，分別對應于水云的“主虹”與“副虹”也稱為“霓”。由圖 3.1b 的歸一化偏振輻射亮度的多角度分布可知，隨著有效半徑的增大偏振輻射增大。散射角 142°左右時達到最大偏振反射率值，可以看出在偏振輻亮度水云的“主虹”與“副虹”更加明顯。在散射角 100°~130°，偏振輻射亮度化很小，說明此處對有效半徑的變化不敏感。隨著有效半徑的增大，偏振輻峰值（散射角 142°左右對應的偏振輻亮度值）逐漸增大，說明該處的偏振亮度值與有效半徑有很大關系。另外，“主虹”對應的散射角的位置與有效的變化有關，表現(xiàn)在隨著有效半徑的增大，“主虹”的位置發(fā)生左移。
【學位授予單位】：安徽師范大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：X513

【參考文獻】

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本文編號：2636746