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气溶胶在气候变化和环境污染监测研究中扮演着非常重要的角色,对于人口稠密的城市地区意义重大。气溶胶光学厚度(Aerosol Optical Depth,AOD)可以通过卫星遥感反演来获取,为了获得真实的气溶胶光学厚度,必须精确地估计地表反射率(Land Surface Reflectance,LSR)值。对于地表反射率较低的浓密植被覆盖区域,浓密植被法(Dense Dark Vegetation,又称暗目标或暗像元法)可以高精度地实现气溶胶光学厚度反演。但对于城市地区,地表反射率较高,对地表反射率的确定精度有更高的要求。由于城市地表类型复杂多样,空间异质性强,受双向反射特性影响,准确地确定地表反射率面临较大困难。针对城市地区气溶胶反演面对的困难,本文提出基于MODIS BRDF/Albedo(Moderate-resolution Imaging Spectroradiometer,MODIS;Bidirectional Reflectance Distribution Function,BRDF)产品支持的城市气溶胶反演方法。主要工作有以下几个方面:(1)利用MODIS BRDF/Albedo产品提供的核驱动模型参数,计算蓝光波段的地表反射率。为提高地表反射率的精度,扩大气溶胶反演的空间范围,提出使用多年的MODIS BRDF/Albedo产品的均值来确定最终的地表反射率值,从而有效降低有云像元的影响,并减小产品生成过程中的偶然误差。(2)基于大气辐射传输方程,根据MODIS传感器的观测几何参数、传感器待反演波段的光谱响应函数、城市地区可能的地表反射率分布范围以及待反演区域的大气模型和气溶胶类型,使用6S辐射传输模型构建了城市地区气溶胶反演的查找表。用于确定待反演影像的气溶胶光学厚度。(3)选取中国北京市、美国巴尔的摩市、法国巴黎市三个大城市作为研究区开展气溶胶反演试验。获取2012-2017年连续六年三个城市地区的MODIS BRDF/Albedo产品,用于支持气溶胶反演试验,使用分布于三个城市地区的AERONET(Aerosol Robotic Network)地基观测站点对反演结果进行了验证。同时将反演结果与MOD04 C6及MOD04C6.1气溶胶产品进对比。结果表明,新算法的反演结果与AERONET地基观测数据之间的相关系数为0.944,产生的均方根误差为0.111,平均绝对误差为0.076,相对平均偏差为1.102,满足期望误差的观测点所占比重高达70.08%,优于MOD04 C6产品和MOD04 C6.1产品的54.27%、64.39%,而且该方法反演的气溶胶结果具有更高的空间分辨率和连续性。(4)为探索城市地区的气溶胶反演结果与城市大气污染之间的相关关系,将本文反演结果并与地面站点监测的PM2.5和PM10数据进行了对比,结果表明气溶胶反演结果与PM2.5和PM10数据的空间分布具有较好的空间一致性。可以为城市地区的大气颗粒物污染研究提供借鉴。双向反射特性的存在是城市多种类型参数提取困难的主要原因所在,使用遥感双向反射率产品在城市地区气溶胶反演方面应用试验的开展,可以为城市地区多种类型地表参数的提取提供借鉴。