【摘 要】
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基于大气辐射传输理论的卫星传感器星上观测值仿真是为处于设计阶段的可见光波段传感器载荷确定动态范围的有效手段。受限于野外实地获取的“点状”大气参数覆盖范围小、时间分辨率低的缺陷,传统的基于实测大气参数的方式无法实现大范围、高时间分辨率的卫星传感器星上观测仿真。卫星反演得到的水汽、臭氧及气溶胶光学厚度等产品虽然可为仿真提供“面状”的大气状态信息,但其中的关键参数气溶胶光学厚度易受到云雾影响,存在大量非
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基于大气辐射传输理论的卫星传感器星上观测值仿真是为处于设计阶段的可见光波段传感器载荷确定动态范围的有效手段。受限于野外实地获取的“点状”大气参数覆盖范围小、时间分辨率低的缺陷,传统的基于实测大气参数的方式无法实现大范围、高时间分辨率的卫星传感器星上观测仿真。卫星反演得到的水汽、臭氧及气溶胶光学厚度等产品虽然可为仿真提供“面状”的大气状态信息,但其中的关键参数气溶胶光学厚度易受到云雾影响,存在大量非随机性缺失。针对这些问题,本文开展了以下研究工作:（1）提出了一种可同时对日、月辐射进行大范围模拟的可见光波段卫星传感器星上观测值仿真方案。以精度较高的MODIS地表反射率产品作为输入,结合大量典型地物光谱,为待仿真传感器生成高精度的地表反射率背景场。卫星传感器观测辐亮度仿真值与MODIS和VIIRS DNB通道的实测值之间的均方根误差分别为1.94和1.07 W·m-2·sr-1。同时,仿真结果表明VIIRS DNB通道的动态范围主要集中在[10-6 W?m-2·sr-1,10~3 W?m-2·sr-1];（2）构建了一种基于随机森林的较高精度气溶胶光学厚度（Aerosol Optical Depth,AOD）填补模型。以时间分辨率较高的Himawari-8先进葵花成像仪（Advanced Himawari Imager,AHI）的气溶胶光学厚度作为标签值,结合一系列大气参数、地表参数,对比了三种随机森林模型的构建方式在气溶胶光学厚度填补模型中的表现,结果表明分地方时的建模方式具有最高的模型精度,均方根误差为0.04-0.13。对多种输入参数组合的测试结果表明在MERRA-2 AOD的基础上增加一些容易获取的参数（如年积日、经纬度）可以显著提高算法精度。基于AERONET站点实测AOD对填补后AOD进行了验证,验证结果的均方根误差为0.14-0.34。（3）基于MODIS第4通道及VIIRS DNB通道真实星上观测值对比了分别使用填补后的AHI AOD及MERRA-2 AOD表征大气状态的卫星传感器星上观测值仿真结果。验证结果表明基于填补后AOD的仿真结果在西北研究区和南方研究区均与真实的卫星传感器星上观测值有较高的一致性,相对误差在5%以内的像元分别占总像元数目的73.4%-89.7%及75.4%-83.6%。基于MERRA-2 AOD的仿真结果在西北研究区出现高估,在南方研究区的春、秋两季出现低估。
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