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本论文针对不同的传感器(Meteosat Second Generation/Spinning Enhanced Visibleand InfraRed Imager(MSG/SEVIRI),Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer(MODIS),Advanced Along Track Scanning Radiometer(AATSR),Advanced Very High Resolution Radiometer(AVHRR)),构建适合不同下垫面类型的气溶胶特性反演模型,为高时相,全覆盖及长时间气溶胶产品的获取提供理论支持。
本博士论文的第一个尝试是针对新一代静止卫星MSG/SEVIRI的多波段及高频次特性,构建气溶胶光学厚度及气溶胶模型联合反演模型(Time Series:TS)。本模型的基本思路为:首先通过气溶胶关键微物理特性(单次散射反照率,不对称因子)组成的特征空间定义六种气溶胶类型,针对这六种气溶胶类型分别反演获取地表反射率,连续三次观测(30分钟)内反演获取的反射率变化最小的即为备选气溶胶类型,然后基于数理统计知识对气溶胶类型进行格网化处理,获取最优气溶胶类型,最终利用最优气溶胶类型完成Aerosol Optical Depth(AOD)反演。算法反演得到的0.6μm通道的AOD与全球气溶胶自动观测站网(AErosol RObotic NETwork,AERONET)地面测量值的相关系数R可达0.875,回归方程为τMSG=0.839τAERONET+0.048。MSG反演结果与MODIS的气溶胶产品之间也有良好的一致性。
本博士论文的第二个尝试是针对MODIS和AATS传感器,构建双角度气溶胶反演算法,突破冰雪下垫面气溶胶光学厚度反演难题。对于MODIS传感器,利用TERRA/MODIS和AQUA/MODIS卫星观测特性,基于高精度解析辐射传输方程,构建双星协同反演算法。引入冰雪地表二向性反射率分布函数(BidirectionalReflectanceDistributionFunction,BRDF)对两次卫星观测地表特性进行限定,通过数值迭代求解的方法完成AOD的反演。算法反演得到的AODAERONET地面测量值的相关系数R可达0.815,回归方程为τMODIS=0.764τAERONET+0.049。针对AATSR传感器,利用海岸带地区存在水体的特性,利用水体暗地表估算大气程辐射贡献部分,基于气溶胶空间分布特性推算冰雪上空大气程辐射项,基于AATSR双角度观测特性和冰雪BRDF模型完成地表观测的估计,最后利用迭代算法完成AOD反演。算法反演得到的AOD与AERONET地面测量值的相关系数R可达0.76,并且与MODIS反演结果存在较好的一致性。在此基础上,进一步利用地表BRDF线性混合模型,完成对北极地区下垫面特性的精确表达,基于查找表方式完成北极地区气溶胶光学厚度的反演。
本博士论文的第三个尝试是针对AVHRR卫星单一可见光通道传感器陆地上空大气气溶胶遥感反演难题,在MODIS暗目标算法基础上,构建气溶胶光学厚度AOD反演算法。该算法利用剥离的3.75μm通道反射率与0.64μm波段反射率之间的经验关系确定AVHRR卫星单一可见光波段地表反射率,基于查找表完成气溶胶光学厚度反演。算法反演得到的AODAERONET地面测量值的相关系数R可达0.861,回归方程为τAVHRR=0.764τAERONET+0.041。在对本算法中经验关系进行分季节和区域调整后,本算法将为AVHRR卫星陆地上空气溶胶的长时间序列反演提供算法基础。
本博士论文的第四个尝试是针对构建的气溶胶反演模型,分别对特殊的大气事件进行分析,包括2010年俄罗斯森林大火,2013年北京霾事件以及北极霾事件。分析的基本思路为充分利用卫星遥感反演参数基础上,收集相应的地基观测,气象资料,完成特殊事件对于局地及全球气候变化的影响。