本文關(guān)鍵詞：基于國(guó)產(chǎn)遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)的北京市氣溶膠光學(xué)厚度反演研究

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【摘要】：隨著工業(yè)化和城市化進(jìn)程的加速,空氣污染越來(lái)越嚴(yán)重,引起社會(huì)廣泛關(guān)注。氣溶膠光學(xué)厚度(Aerosol Optical Depth, AOD)是大氣環(huán)境的重要評(píng)價(jià)指標(biāo),獲取其空間分布信息對(duì)于大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)、污染治理具有重要意義。衛(wèi)星遙感可獲得空間覆蓋范圍廣、時(shí)間尺度上連續(xù)的信息,已成為氣溶膠光學(xué)厚度監(jiān)測(cè)的重要手段。近年來(lái)我國(guó)遙感衛(wèi)星發(fā)展迅速,相繼有多顆搭載了中高分辨率傳感器的國(guó)產(chǎn)資源環(huán)境遙感衛(wèi)星發(fā)射升空。研究如何利用這些國(guó)產(chǎn)遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)進(jìn)行AOD反演并得到精度較高的反演結(jié)果,具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和探索價(jià)值。本文以北京市為研究區(qū),運(yùn)用深藍(lán)算法針對(duì)HJ-1A/B/CCD、GF-1/WFV和CBERS-04/WFI等國(guó)產(chǎn)衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)開(kāi)展了AOD的反演研究。AOD反演前的預(yù)處理研究是本文工作重點(diǎn)之一。國(guó)產(chǎn)遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)用于AOD反演時(shí)會(huì)遇到參數(shù)不全的問(wèn)題。CBERS-04/WFI相機(jī)尚未提供大氣層外波段平均太陽(yáng)光譜輻照度數(shù)據(jù)(Mean solar exoatmospheric irradiances over band, ESUNb),而這是AOD反演時(shí)所需的重要參數(shù)。本文基于CBERS-04/WFI的波譜響應(yīng)函數(shù)和9條常用太陽(yáng)光譜曲線數(shù)據(jù)開(kāi)展了CBERS-04/WFI相機(jī)ESUNb的計(jì)算,依據(jù)已有官方ESUNb值的中等空間分辨率傳感器確定了適合于計(jì)算CBERS-04/WFI傳感器ESUNb值的太陽(yáng)光譜曲線,計(jì)算得到CBERS-04/WFI相機(jī)的ESUNb值。由于這3種遙感傳感器均為寬幅面?zhèn)鞲衅?同一景影像的觀測(cè)角度數(shù)據(jù)差距較大,計(jì)算AOD時(shí)不能將整幅影像的觀測(cè)角度看作定值。GF-1/WFV數(shù)據(jù)尚未提供與遙感影像相對(duì)應(yīng)的觀測(cè)角度數(shù)據(jù),因此根據(jù)GF-14臺(tái)WFV相機(jī)成像的幾何位置關(guān)系和影像的中心角度數(shù)據(jù)計(jì)算了逐像元的衛(wèi)星觀測(cè)角度數(shù)據(jù)�；谏钏{(lán)算法反演AOD的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題是構(gòu)建基于國(guó)產(chǎn)衛(wèi)星傳感器藍(lán)波段的地表反射率數(shù)據(jù)庫(kù)。本文利用MODIS 8天合成的地表反射率產(chǎn)品MOD09A1來(lái)構(gòu)建適合HJ-1A/B/CCD、GF-1/WFV和CBERS-04/WFI的地表反射率數(shù)據(jù)庫(kù)�？紤]到CBERS-04/WFI、GF-1/WFV、HJ-1A/B CCD1和MODIS傳感器的光譜響應(yīng)函數(shù)有一定的差異,需要進(jìn)行波段轉(zhuǎn)換修正。從ENVI標(biāo)準(zhǔn)波譜數(shù)據(jù)庫(kù)提取了22種典型地物的地表反射率曲線,結(jié)合這幾種傳感器藍(lán)波段波譜響應(yīng)函數(shù)計(jì)算出各類(lèi)地物在藍(lán)波段的地表反射率,通過(guò)回歸擬合建立了國(guó)產(chǎn)衛(wèi)星傳感器和MODIS藍(lán)波段地表反射率的線性轉(zhuǎn)換關(guān)系,并應(yīng)用于MODIS地表反射率數(shù)據(jù)從而構(gòu)建基于這3種國(guó)產(chǎn)衛(wèi)星傳感器藍(lán)波段的地表反射率數(shù)據(jù)庫(kù)。基于6S輻射傳輸模型循環(huán)迭代模擬,構(gòu)建了針對(duì)CBERS-04/WFI、GF-1/WFV、HJ-1A/B CCD1這3種傳感器的多維查找表,據(jù)此建立了觀測(cè)角度數(shù)據(jù)與大氣參數(shù)之間的關(guān)系。在此基礎(chǔ)上,基于查找表運(yùn)用深藍(lán)算法進(jìn)行逐像元計(jì)算,得到北京地區(qū)多個(gè)時(shí)相的AOD�；贏ERONET觀測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)AOD遙感反演結(jié)果進(jìn)行精度驗(yàn)證,結(jié)果表明,CBERS-04/WFI和HJ-1A/B CCD1的AOD反演結(jié)果與地基數(shù)據(jù)的相關(guān)性顯著(P0.01),相關(guān)系數(shù)分別為0.941和0.919；GF-1/WFV數(shù)據(jù)匹配后的驗(yàn)證數(shù)據(jù)少,反演結(jié)果與地基驗(yàn)證數(shù)據(jù)的平均絕對(duì)誤差為0.07。此外,將AOD反演結(jié)果與MOD氣溶膠產(chǎn)品MOD04進(jìn)行了對(duì)比,表明反演得到的AOD與MODIS AOD之間有顯著的相關(guān)性(P0.01)。其中,基于HJ-1A/B CCD數(shù)據(jù)反演的AOD與MOD04產(chǎn)品的相關(guān)性最高(R=0.931),CBERS-04/WFI次之(R=0.863),GF-1/WFV數(shù)據(jù)的相關(guān)性相對(duì)較低,為0.590。驗(yàn)證結(jié)果表明,本文基于多種國(guó)產(chǎn)遙感數(shù)據(jù)的AOD反演結(jié)果較合理。
【關(guān)鍵詞】：氣溶膠光學(xué)厚度 CBERS-04衛(wèi)星 GF-1衛(wèi)星 HJ-1衛(wèi)星 深藍(lán)算法
【學(xué)位授予單位】：華東師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：X87
【目錄】：

• 摘要6-8
• Abstract8-13
• 第一章 緒論13-25
• 1.1 研究背景13-15
• 1.2 氣溶膠的遙感研究進(jìn)展15-21
• 1.2.1 國(guó)內(nèi)外傳感器介紹15-17
• 1.2.2 氣溶膠遙感技術(shù)介紹17-21
• 1.3 研究?jī)?nèi)容與技術(shù)路線21-25
• 1.3.1 研究?jī)?nèi)容21-22
• 1.3.2 研究技術(shù)路線22-23
• 1.3.3 特色和創(chuàng)新點(diǎn)23-25
• 第二章 研究區(qū)與研究數(shù)據(jù)25-32
• 2.1 研究區(qū)概況25-26
• 2.2 研究數(shù)據(jù)26-32
• 2.2.1 遙感數(shù)據(jù)26-30
• 2.2.2 AERONET地基觀測(cè)數(shù)據(jù)30-32
• 第三章 國(guó)產(chǎn)衛(wèi)星數(shù)據(jù)預(yù)處理關(guān)鍵技術(shù)研究32-48
• 3.1 大氣層外波段平均太陽(yáng)光譜輻照度計(jì)算33-37
• 3.1.1 太陽(yáng)光譜的選取33-35
• 3.1.2 CBERS-04/WFI傳感器ESUNb的的計(jì)算35-36
• 3.1.3 ESUNb值的不確定性分析36-37
• 3.2 數(shù)據(jù)的預(yù)處理37-48
• 3.2.1 資源一號(hào)04星數(shù)據(jù)預(yù)處理37-40
• 3.2.2 高分一號(hào)數(shù)據(jù)預(yù)處理40-44
• 3.2.3 環(huán)境一號(hào)衛(wèi)星數(shù)據(jù)預(yù)處理44-46
• 3.2.4 MOD09A1數(shù)據(jù)預(yù)處理46
• 3.2.5 MOD04L2數(shù)據(jù)預(yù)處理46
• 3.2.6 AERONET數(shù)據(jù)預(yù)處理46-48
• 第四章 氣溶膠光學(xué)厚度反演48-61
• 4.1 氣溶膠光學(xué)厚度反演的基本原理48-49
• 4.2 反演過(guò)程49-55
• 4.2.1 國(guó)產(chǎn)遙感傳感器與MODIS地表反射率的轉(zhuǎn)換49-53
• 4.2.2 查找表的構(gòu)建53-55
• 4.2.3 AOD反演55
• 4.3 AOD反演結(jié)果55-61
• 4.3.1 CBERS-04/WFI數(shù)據(jù)AOD反演結(jié)果55-57
• 4.3.2 GF-1/WFV數(shù)據(jù)AOD反演結(jié)果57-59
• 4.3.3 HJ-1A/B CCD1數(shù)據(jù)AOD反演結(jié)果59-61
• 第五章 反演結(jié)果的比較與驗(yàn)證61-70
• 5.1 反演結(jié)果的精度驗(yàn)證61-65
• 5.1.1 CBERS-04/WFI AOD地基驗(yàn)證分析61-63
• 5.1.2 GF-1/WFV AOD地基驗(yàn)證分析63
• 5.1.3 HJ-1/CCD AOD地基驗(yàn)證分析63-65
• 5.2 反演結(jié)果與MODIS氣溶膠產(chǎn)品的比較65-67
• 5.3 國(guó)產(chǎn)傳感器AOD反演對(duì)比和誤差來(lái)源分析67-70
• 5.3.1 國(guó)產(chǎn)傳感器AOD反演對(duì)比分析67-68
• 5.3.2 國(guó)產(chǎn)傳感器AOD反演的誤差原因分析68-70
• 第六章 總結(jié)與展望70-73
• 6.1 總結(jié)70-71
• 6.2 不足與展望71-73
• 參考文獻(xiàn)73-82
• 致謝82-83

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