论文部分内容阅读
大气气溶胶是指悬浮在大气中的固体微粒和液体微粒,粒子的空气动力学直径在0.001~100μm之间,并构成稳定的混合体系。虽然气溶胶在大气中的含量较少,但是它对大气能见度、太阳散射和辐射、大气温度等具有较多影响。并且由于气溶胶颗粒小、表面积较大,可以产生多种化学反应,对大气环境产生多种影响,同时也影响到人类和其它生物的健康。随着经济和城市的快速发展,我国大部分地区都有程度不同的环境污染,雾霾天气更是频频出现,人们的日常出行和生活都受到影响,身体健康也更是受到严重威胁。尽管地面监测站可以对气溶胶粒子进行检测,但是监测站点数量有限,难以表征各地气溶胶的时空格局,而MODIS在监测气溶胶数据方面具有自己独特的优势,可以提供更丰富、更详细的气溶胶数据,而且MODIS数据获取比较方便,弥补了地基站点数据的不足。气溶胶光学厚度(AOD)是气溶胶最重要的参数之一,定义为介质的消光系数在垂直方向上的积分,是描述气溶胶对光的削弱作用的。气溶胶光学厚度通过颗粒物对太阳辐射的反射、散射和吸收作用来影响太阳辐射的传播,直接或间接影响到大气气候效应,因此经常被用于气候效应以及大气污染物方面的研究。但是由于云雨天气,遥感卫星传感器不能获取有效的AOD数据,AOD数据出现大量的缺失。本文运用MODIS遥感器获取的Terra卫星的DT AOD(Deep Target AOD)、DB AOD(Deep Blue AOD)和Aqua卫星的DT AOD(Deep Target AOD)、DB AOD(Deep Blue AOD)四种原始数据,先利用DT和DB之间的线性回归进行互相填补,并利用逆方差加权法进行数据融合,得到融合后的Terra AOD和Aqua AOD,并与全球自动观测网(AErosol RObotic NETwork)提供的地基监测AERONET AOD数据进行匹配验证。在上一步的基础上,再利用Terra AOD和Aqua AOD之间的线性回归进行互相填补,并求取平均值进行数据融合,得到融合后的MODIS AOD,并与地基监测AERONET AOD进行匹配验证。在上一步数据融合的基础上,再利用90%的样本点进行普通克里金插值,在每个AOD数据的变程范围内进行空间相关性插值,最后用剩余10%的样本点进行验证。结果表明,数据融合后的MOIDS AOD数据与AERONET AOD的相关系数R2达到0.92,均方根误差RMSE为0.20,平均偏差为0.10,说明数据融合的精度很高。与原始覆盖率最高的Aqua星的DB AOD数据相比,数据融合后的MODIS AOD平均每个栅格在2016年有效天数从原始的199天提高到了237天,数据融合后的平均每日的栅格覆盖率从原始的54.46%提高到了64.79%。数据融合后的MODIS AOD采用普通克里金法进行插值,并利用留一法验证精度。用剩余的10%的样本点进行验证,得出预测值和检验值的相关系数R2达到0.99,均方根误差RMSE为0.08,平均绝对误差为3.85%,平均相对误差为11.33%,插值后平均每个栅格的有效天数提高到了332天,平均每天的有效栅格覆盖率提高到了90.65%。结果表明,DT和DB之间、Terra和Aqua两颗星之间的线性回归数据融合方法满足精度要求,普通克里金插值也达到了精度验证,并且利用多种AOD数据融合和插值的方法很大幅度地提高了AOD的覆盖度,为以后的AOD和利用AOD来估测其他污染方面的研究提供技术支持和数据基础。