北京地区HJ-1卫星CCD数据的气溶胶反演及在大气校正中的应用

与现有的大气卫星传感器相比,环境一号卫星(HJ-1)CCD相机具有较高的空间分辨率(30m),使得在城市地区找到光谱纯像元的机率大大增加。本文提出一种基于纯像元提取的城市地区气溶胶光学厚度(AerosolOpticalDepth,AOD)反演算法,利用像元纯净指数来提取CCD影像上的纯像元,并由HJ-1A星和B星的多时相CCD观测数据结合地表双向反射率模型确定纯像元的地表反射特性,在此基础上反演AOD。与AERONET地基测量数据的对比表明,该算法具有较高精度,相关系数为0.83,线性拟合斜率为1.091,截距为0.053。基于该方法的AOD反演结果作为输入,能较大程度提高HJ-1卫星CCD影像大气校正的精度。

400～1000nm波段反演气溶胶光学厚度的暗像元法

从卫星遥感的角度来看,气溶胶的不确定性是可见-近红外遥感中大气校正的难点,从遥感数据本身来反演气溶胶参数,进而完成大气校正,一直是遥感研究的重点。针对可见-近红外波段大气辐射传输特点,提出了利用浓密植被红波段(660nm)与近红外波段(830nm)之间的线性关系反演气溶胶光学厚度的基于可见近红外波段的暗像元法,该方法主要思想是首先假设在清洁大气的条件下,利用MODTRAN辐射传输模型对遥感图像进行大气校正,以减少近红外波段大气的影响,再通过双层叠代法搜索浓密植被像元作为暗像元,根据红波段和近红外波段之间的线性关系通过近红外波段计算暗像元的红波段表观反射率,并反演气溶胶光学厚度。利用该方法对PHI航空高光谱图像进行了气溶胶光学厚度的反演,并给出了反演原理、步骤和误差分析。

太湖地区HJ-1卫星CCD数据反演气溶胶及大气校正

针对HJ-1卫星CCD数据,利用改进的暗像元法反演气溶胶光学厚度(AOD),再利用反演的AOD对其进行大气校正。将反演的气溶胶与地基太阳光度计数据进行对比验证,发现当反演的AOD值大于0.2时,反演值与地基观测值的相关系数为0.964,符合MODIS业务化反演AOD的精度要求。再将反演得到的气溶胶带入6S辐射传输模型中,对HJ-1卫星CCD数据进行大气校正实验。结果表明,该方法能有效提高HJ-1卫星CCD数据大气校正的精度,更好地复原地物的真实光谱信息。

利用MODIS资料反演兰州地区气溶胶光学厚度

借助6S模式对MODIS的蓝光(0.46μm)、红光(0.66μm)和中红外(2.1μm)通道进行了行星反照率对地表反射率和气溶胶光学厚度的敏感性试验, 并对蓝光和红光通道的路径辐射对行星反照率的贡献做了数值试验; 计算了MODIS的蓝光、红光和中红外通道在兰州市及其周围地区的地表反射率, 检验了Kaufman给出的三个通道地表反射率之间的关系。检验结果表明, 在兰州周围地区蓝光通道与中红外通道地表反射率之间的关系与Kaufman给出的关系比较符合, 对于兰州周围大范围区域都是适用的。利用此关系通过6S模式进一步反演了兰州城市及其附近地区 1×104 km2 范围内的气溶胶光学厚度, 反演结果较为合理。

武汉地区环境卫星气溶胶光学厚度反演

针对难以及时、准确掌握中部地区气溶胶污染状况的问题,选用适用于城市等亮地表区域的结构函数法,结合环境一号A/B卫星CCD影像数据,开展武汉及周边地区气溶胶光学厚度反演研究。首先对卫星遥感数据进行预处理,然后根据结构函数法的原理和模型,选择了合适的结构函数公式、窗口范围和距离值。通过选取研究时间范围内的"清洁日",在原始影像预处理的基础上使用归一化植被指数剔除水体影响,实现环境一号卫星CCD影像的武汉地区气溶胶光学厚度反演。通过CE318实测数据、湖北省环保厅的大气污染数据、MODIS产品检验结果,对反演结果进行了对比验证,从精度、准确度、空间分布和时间分布趋势等方面验证了模型反演的可靠性。

基于文献统计的我国气溶胶卫星遥感反演研究

以"气溶胶卫星遥感反演"为研究对象筛选中国知网数据库文献,通过图表统计与定性定量分析,将气溶胶反演相关研究按时间发展、所涉学科、基金项目、区域分布、研究内容进行系统分析。研究结果显示:(1)气溶胶反演研究可分为3个阶段:萌芽与探索阶段、迅速发展阶段、稳定发展阶段;(2)气溶胶反演研究主要集中在城市化程度较高的区域,城市发展导致的雾霾和环境污染在这些区域较为集中,与气溶胶反演研究密切相关;(3)气溶胶反演研究的文献数量日趋增长,重大基金项目支持力度不断增大,研究方法日趋成熟与完善,气溶胶反演研究呈蓬勃增长态势。

一种基于混编的气溶胶光学厚度(AOD)反演的新方法

目前国内AOD反演专业性很强,需要通过使用者自己编程处理才能得到结果,速度很慢,无法实现异地处理。本文介绍了一种利用C#和IDL混合编程技术开发对CE318太阳光度计测量得到的直射太阳辐射数据进行处理,从而最终得到550nm气溶胶光学厚度的网络处理系统的新方法。文章给出了新方法的处理流程,详细介绍了混编机制在AOD反演系统开发中的实现方式,并且通过野外实验实测CE318数据对应用平台进行验证,从而提出了C#和IDL进行混合编程开展基于网络版的遥感数据定标和大气测量应用研究的优势。

偏振氧A带光谱气溶胶垂直剖面反演的信息量分析和灵敏度研究

为评估从偏振氧A带光谱中提取的气溶胶垂直剖面的信息量及提高光谱分辨率对偏振测量的气溶胶垂直剖面信息的影响,采用线性化矢量辐射传输模型(UNL-VRTM),对氧A波段线偏振度(DoLP)星载测量中气溶胶垂直剖面的信息量及不同观测条件和光谱分辨率下DoLP的气溶胶峰高信息量变化的影响因素进行分析。研究结果表明,DoLP所包含的气溶胶峰高的信息比辐射度更多,辐射度的信号自由度(DFS)最高为0.49,而DoLP的DFS为0.76;且随着光谱分辨率的提高,气溶胶峰高信息量增加,对表面反射率、观测几何以及先验误差的依赖大大降低。

基于改进算法的HJ-1气溶胶厚度反演研究

提出了在HJ-1 CCD自带卫星观测角度数据的基础上,结合卫星自带几何解算参数推算连续像元的太阳天顶角、方位角,并将原始卫星观测角度、推算几何角度数据生成对应四波段合成数据的改进算法,以提高反演数据的精度。结合Kaufman暗目标法和改进算法后对应连续像元几何数据的6S模型调用表,对南宁市中心城区2018年8月、9月、10月的HJ-1CCD数据进行了气溶胶光学厚度反演。研究结果表明:经过改进算法的HJ-1 CCD数据具有较高的气溶胶反演精度,与ARONET地面监测数据的相关系数为0.779;与同时段的MODIS气溶胶反演结果相比,其具有更高的反演精度;与南宁市环境监测站的PM_(2.5)观测数据进行相关性分析,线性相关系数与多项式相关系数均为0.937,初步表明可利用HJ-1CCD数据反演的气溶胶成果对PM_(2.5)的时空分布进行研究。

基于地基偏振观测研究北京城区北部大气气溶胶特性变化

利用位于北京城区北部AERONET网北京站点2005—2006年地基观测数据,对比分析了AERONET观测网使用的气溶胶参数反演算法与加入偏振信息后的气溶胶参数反演算法精度。结果表明,加入865nm偏振信息后的气溶胶参数反演具有更高的精度。在此基础上,基于两种算法反演获得的北京站点2005年和2006年气溶胶光学参数和物理参数,对奥运工地建设区气溶胶特性的变化情况进行了详细的分析。结果表明:(1)2006年的光学厚度有所增大,气溶胶的粒径也同时有所增大;(2)2006年的气溶胶单次散射反照率基本比2005年低0.05左右,位于0.85左右的水平,而且夏季更低,达0.80附近,说明2006年气溶胶具有更强的吸收特性;(3)偏振相函数值与Angstrom指数值变化是一致的;(4)两年的气溶胶粒子谱形态均表现出北京北部城区气溶胶双峰型分布特点,但2006年双峰的粒子半径均比2005年的偏大一些。

应用积分浑浊度仪研究兰州城市冬季大气气溶胶

利用积分浑浊度仪监测得到的散射系数和多波段光度计观测资料分析了兰州冬季大气气溶胶的一个个例的散射光学特征.用散射系数计算了后向散射比、不对称因子、单次反照率、波长指数等重要的辐射参数,为气溶胶辐射强迫研究以及气溶胶辐射强迫参数化方案提供了基础资料.在此基础上建立了一种适合利用散射系数反演气溶胶细微粒子谱分布的方法.

基于气溶胶光学厚度的全国灰霾日统计

文章通过气溶胶反演产品对全国灰霾天气进行统计,首先将气溶胶光学厚度值划分为4个级别,然后按照划分的级别逐像素对数据进行归属处理,最后根据结果数据进行天数统计,并将结果与实际结果进行对比,实验表明基于气溶胶光学厚度的全国灰霾日统计结果精度较高,与实际情况基本一致。

重大公共卫生事件影响下广州气溶胶分布变化

通过暗像元法对广州市2020-01-03、2020-01-31、2020-02-22、2020-02-24、2020-03-15、2020-04-09、2020-04-27的MODIS影像进行气溶胶光学厚度反演,分析新型冠状病毒肺炎疫情期间广州市气溶胶光学厚度在时空上的变化情况。结果表明广州市全域气溶胶光学厚度在1月31日达到最低,期间正值广东省启动重大突发公共卫生事件一级响应,城市人为活动大幅减少。2月22日及以后,全市气溶胶光学厚度总体上升,此时城市进入复工复产阶段。研究表明利用卫星遥感手段快速反演气溶胶光学厚度,可在重大突发公共卫生事件发生时监测城市人为活动情况,辅助政府决策和宏观调控。

基于PIE的大气污染遥感监测系统的设计与实现

基于PIE软件,结合大气污染物监测与反演算法,采用插件式开发技术,设计了大气污染遥感监测系统,实现了大气污染的可视化。该系统采用C#语言进行二次开发,能实时分析处理MODIS、OMI、MOPITT、VIRR等遥感监测数据,以实现对各类大气污染指标的实时可视化动态监测,主要功能包括各种主要大气污染指标的可视化展示、业务化监测与分析以及专题图与报告的制作输出等。

利用MODIS数据进行海岸带卫星图像大气校正

提出一种利用同步MODIS图像的水体像元反演出混浊水域上空气溶胶光学特性的算法.在晴空无云的条件下,假设一定范围内的海岸带上空的大气和水体上空的大气一致,借助6S辐射传输模型,并考虑临近像元效应,利用反演出的气溶胶光学特性对卫星海岸带图像进行大气校正的方法,给出了应用该方法对我国沿海地区QuickBird-2卫星图像和CBERS-02卫星图像进行大气订正的结果,并对反演结果进行了比较分析.实验证明,利用MODIS图像进行海岸带卫星图像大气校正取得了很好的效果,该方法无需地面实测数据,具有很高的适用性.

动态气溶胶模型的PARASOL多角度偏振卫星气溶胶光学厚度反演算法

在卫星气溶胶反演中,如何确定研究区域的气溶胶模型直接影响目前大多数卫星遥感算法的气溶胶光学厚度反演精度。本文基于气溶胶自动观测网(AERONET)典型类型的动态气溶胶模型,提出了一种基于动态气溶胶模型的气溶胶光学厚度反演算法,并将其运用到PARASOL(Polarization and Anisotropy of Reflectance for Atmospheric Science coupled with Observations from Lidar)卫星的反演中。针对华北地区2012年的PARASOL卫星观测数据,应用动态气溶胶模型反演算法反演气溶胶光学厚度,并与地面观测站点进行对比验证,结果显示通过气溶胶模型选取与反演结果的迭代约束,在865 nm反演的气溶胶光学厚度与地基观测的相关程度(R2)达到0.71,均方根误差(RMSE)为0.15,与PARASOL气溶胶产品相比一定程度提高了反演结果的精度。

大连市区MODIS数据PM2.5浓度遥感反演及应用研究

采用大连市区多时相MODIS遥感数据,运用6S大气辐射传输模型查找表反演大气气溶胶光学厚度,解析大连市区不同时期的气溶胶光学厚度分布特征,并结合地面同步自动监测的PM2.5浓度数据,建立PM2.5浓度遥感估算模型,在精度评估基础上将模型反演结果与空气自动监测子站、环境空气质量功能区、植被、高程、污染源分布等做应用分析,为大连市区PM2.5污染区域防治提出参考依据。

卫星遥感技术在环境保护中的应用

阐述了卫星遥感技术在环境保护中的应用现状,针对新乡市环境保护的具体需求,运用遥感图谱解译技术解决大面积地面固体污染源监测问题,利用大气气溶胶反演技术实现区域PM10空间态势分析。结合地面观测站实测数据,提出利用线性拟合与回归分析方法定量评价卫星遥感数据在环境保护应用的可行性,结果表明卫星遥感数据与地面站实测数据呈现高度相关性。与地面观测站以及人工现场监测相比,卫星遥感技术具有大范围、省时省力等优点,具有广阔的应用前景。但是由于大气气溶胶多变的时空特性、探测技术精度的限制及地域关键信息的缺失,气溶胶定量反演技术并不完善,需要开展进一步的研究。

利用MODIS数据进行QuickBird-2卫星海岸带图像大气校正研究

大气校正是遥感信息定量化过程的一个重要环节,而在大气校正中起关键作用的是气溶胶光学厚度,气溶胶的模式和大气漫射透过率;但在浑浊的水体上空,这些参量很难用卫星图像反演得到,从而提出了基于同步MODIS数据辅助QuickBird-2卫星图像进行海岸带大气校正算法,该方法由MODIS图像的水体像元反演出混浊水域上空气溶胶光学特性,与MODIS气溶胶产品相比相对误差小于10%;同时,借助6S辐射传输模型,并考虑了高分辨率图像临近像元效应,对QuickBird-2卫星海岸带图像进行大气校正。给出了我国沿海地区QuickBird-2卫星图像大气校正的结果,并对反演误差进行了分析。

遥感网格的数据压缩与任务分配方法研究

网格计算作为分布式计算在科学计算领域的发展方向,可以为对地观测数据的处理提供强大的计算力。在分析遥感信息服务网格节点(Remote Sensing Information Service Grid Nodes,RSSN)中网络数据传输和负载均衡两个关键问题的基础上,提出了一种有效的基于游程编码和Huffman编码的数据压缩方法和基于"计算端元"的任务分配策略,该方法针对遥感影像特点进行有效数据压缩,具有较好的压缩比,达到了17%,且能实现任务负载均衡。并在遥感信息服务网格节点计算平台上,以中国范围内1km分辨率气溶胶光学厚度(Aerosol Optical Depth,AOD)反演计算为例,从压缩率和计算时间效率方面验证和分析了上述方法的有效性。