【摘要】：氣溶膠造成的大氣環(huán)境影響已在全球范圍獲得廣泛關注。衛(wèi)星遙感技術大空間尺度范圍的特點使其成為監(jiān)測氣溶膠的有效手段。目前,衛(wèi)星遙感技術主要通過反演氣溶膠的光學參數(shù)來對氣溶膠進行定量化描述,其中,氣溶膠光學厚度這一參數(shù)已在大多數(shù)衛(wèi)星平臺上實現(xiàn)了反演,但僅憑這一參數(shù)已不能滿足目前大氣環(huán)境領域的應用需求。以POLDER傳感器為代表的多角度標量和偏振觀測能夠獲取更多的氣溶膠信息,是未來氣溶膠衛(wèi)星遙感的發(fā)展方向。本研究瞄準氣溶膠衛(wèi)星遙感這一熱點研究內容,以POLDER多角度標量和偏振數(shù)據(jù)為基礎,開展了氣溶膠光學參數(shù)的反演研究。本研究提出了新的氣溶膠光學參數(shù)反演框架,通過多角度標量觀測獲得氣溶膠總光學厚度,通過多角度偏振觀測獲得氣溶膠細粒子光學厚度,最終二者的比值為氣溶膠細粒子比。本研究引入了經驗正交函數(shù)這一數(shù)學工具,解決了POLDER多角度標量觀測反演氣溶膠總光學厚度時地表反射估算的難題,且該方法具有不受地表類型限制的特點。另外,本研究提出了新的氣溶膠細粒子光學厚度反演評價函數(shù)方案,有效提高了氣溶膠細粒子光學厚度的反演精度。本研究選取了AERONET地基觀測數(shù)據(jù)對反演結果進行驗證,驗證結果顯示本研究得到的三個氣溶膠光學參數(shù)與地基觀測數(shù)據(jù)具有較好的一致性。三個反演參數(shù)與地基觀測結果的總體相關系數(shù)分別為0.898,0.921,0.759;平均絕對誤差分別為0.111,0.083,0.140;均方根誤差分別為0.151,0.115,0.171;落入期望誤差范圍內的結果占比分別為74.83%,70.19%,71.88%。在冬季亮地表條件下,氣溶膠總光學厚度反演結果與地基觀測結果的相關系數(shù)為0.901,平均絕對誤差為0.104,均方根誤差為0.138,落入期望誤差范圍內的結果占比為71.96%。在高氣溶膠負載時,本研究得到的氣溶膠細粒子光學厚度反演結果和LOA(Laboratoire d'Optique Atmospherique)官方產品相比,與地基觀測結果的相關系數(shù)從0.499提升到了0.881,平均絕對誤差從0.119降低到了0.044,均方根誤差從0.142降低到了0.056,落入期望誤差內結果占比從32.43%提高到了91.89%。通過與MODIS現(xiàn)有氣溶膠細粒子比產品的比較表明,本研究的結果與地基觀測結果的相關系數(shù)從0.595提高到了0.859,平均絕對誤差從0.363降低到了0.106,均方根誤差從0.432降低到了0.137,落入期望誤差內結果占比從22.08%提高到了81.81%�；诒狙芯刻岢龅臍馊苣z光學參數(shù)反演框架,本研究基于IDL語言開發(fā)了用于POLDER數(shù)據(jù)的氣溶膠光學參數(shù)反演系統(tǒng),并用該系統(tǒng)獲得了中國區(qū)域的氣溶膠光學參數(shù)時空分布特征。本研究得到的中國區(qū)域氣溶膠光學參數(shù)時空分布特征結果表明,中國的華北平原、長三角、珠三角、川渝經濟區(qū)、北疆、南疆、內蒙古部分地區(qū)均是氣溶膠總光學厚度的高值區(qū)域;華北平原、長三角、珠三角、川渝經濟區(qū)是氣溶膠細粒子光學厚度和細粒子比的高值區(qū)域。通過進一步分析中國典型區(qū)域的長時序氣溶膠光學參數(shù)結果表明,華北平原、長三角、珠三角、川渝經濟區(qū)的氣溶膠細粒子比從2009-2013年呈現(xiàn)逐年上升的趨勢,且在冬季達到最高。
【圖文】：

23圖 2.1 6SV 輸出的大氣輻射參數(shù)示例Figure 2.1 The output example of the 6SV calculated atmospheric parameters2.1.3 氣溶膠模型參數(shù)氣溶膠模型實際上是對氣溶膠粒子譜分布的描述，一個地區(qū)的氣溶膠粒子譜分布參數(shù)一般可以通過長期的地基觀測數(shù)據(jù)統(tǒng)計得到，并用特定的數(shù)學模型參數(shù)來描述。由于氣溶膠模型直接決定了米散射的計算結果，即決定了大氣輻射參數(shù)的計算結果，，最終也決定了氣溶膠反演查找表對于特定區(qū)域的適用性。因此，氣溶膠模型直接影響了區(qū)域氣溶膠光學參數(shù)的反演精度，選擇恰當?shù)臍馊苣z模型參數(shù)尤為重要。

圖 2.3 POLDER 圖像掃描示意圖（源自 http://cnes.fr/）Figure 2.3 The schematic diagram of POLDER observation最新的 POLDER-3 傳感器具體參數(shù)設置如表 2.8 所示，其具體通道上的光譜響應函數(shù)可以在 http://www.icare.univ-lille1.fr/parasol/mission 網頁上末尾處得到。對于短波段（<565nm），POLDER 最初的絕對定標期望精度為 2%，長波段為 3%(Deschamps 等, 1994)。CNES 官方會不定期對 POLDER 的定標系數(shù)進行更新，最近一次更新是 POLDER 結束探測任務后的 2014 年，對應數(shù)據(jù)版本號為 3.02。表 2.8 POLDER-3 傳感器參數(shù) (Bréon, 2006)Table 2.8 The Sensor parameter of POLDER-3POLDER-3通道中心波長 (nm) 帶寬 (nm) 是否偏振 空間分辨率 (km)最大掃描角度數(shù)443 443.9 13.5 No
【學位授予單位】：中國科學院大學(中國科學院遙感與數(shù)字地球研究所)
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：X513;X87

【參考文獻】

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1 段海霞;李耀輝;;2013年春季沙塵天氣特征及其成因[J];干旱氣象;2014年03期

2 李小英;陳良富;蘇林;張瑩;陶金花;;亞毫米波臨邊探測發(fā)展現(xiàn)狀[J];遙感學報;2013年06期

3 郭丁;王中挺;;應用暗目標法從PARASOL標量數(shù)據(jù)反演陸地氣溶膠[J];大氣與環(huán)境光學學報;2013年06期

4 張瑩;李正強;;利用細模態(tài)氣溶膠光學厚度估計PM_(2.5)[J];遙感學報;2013年04期

5 薛慶生;王淑榮;李福田;林冠宇;汪龍祺;;用于大氣遙感探測的臨邊成像光譜儀[J];光學精密工程;2010年04期

6 王中挺;陳良富;鞏慧;高海亮;;CBERS02B衛(wèi)星CCD傳感器數(shù)據(jù)反演陸地氣溶膠[J];遙感學報;2009年06期

7 孫林;柳欽火;陳良富;劉強;;環(huán)境與減災小衛(wèi)星高光譜成像儀陸地氣溶膠光學厚度反演[J];遙感學報;2006年05期

8 韓永翔,宋連春,奚曉霞,葉燕華;中國沙塵暴月際時空特征及沙塵的遠程傳輸[J];中國環(huán)境科學;2005年S1期

本文編號：2705191