中国区域MODIS与VIIRS气溶胶遥感产品的性能评估及其时空演变分析

基于气溶胶地基观测网络数据(AERONET),对MODIS与VIIRS的六种气溶胶光学厚度(AOD)产品在反演精度、空间覆盖范围、空间分布特征、时间反演频率以及对个例的极端天气事件的反演性能等方面进行评估,并从土地利用类型、气溶胶模态、季节变化等角度分析其误差来源.结果表明:从与AERONET地基观测对比来看,MODIS AOD产品反演精度优于VIIRS AOD反演产品,其中以MAIAC AOD产品精度最高,其相关系数R值为0.83,落入期望误差(EE)内的比例达65.03%;从空间覆盖范围以及时间反演频率来看,VIIRS AOD产品显著优于MODIS;从对个例的极端天气事件反演性能来看,MODIS AOD产品对沙尘事件的反演性能优于VIIRS,但所有产品对森林火灾的反演性能还需进一步提升;土地利用类型、气溶胶模态和季节变化对AOD产品反演精度有着显著的影响:六种AOD产品在建设用地的反演精度较高,在农用地的反演精度则较低;六种AOD产品对粗模态气溶胶以低估为主,而对细模态气溶胶则以高估为主;六种AOD产品在秋冬季节反演精度最高,夏季最低.

基于多源数据的大气气溶胶时空分布特征和污染对比研究

为研究西北干旱地区大气气溶胶物理特性,以新疆乌鲁木齐、阿勒泰、和田三个城市为研究对象,通过采用反向轨迹、潜在贡献因子(PSCF)和浓度权重轨迹(CWT),以及气溶胶吸收Angstrom指数计算方法,基于多源数据开展了大气气溶胶时空分布特征研究分析。相较于沿海城市,和田地区PM污染物浓度最高,阿勒泰地区PM污染物浓度最低,新疆内陆地区的SO_(2)和CO污染程度更严重,而NO_(2)污染程度有所减轻,O_(3)污染程度出现波动状态。

利用MODIS数据监测北京地区气溶胶

采用暗像元法对北京地区的气溶胶进行了监测：以2005～2007年的MODIS 1B数据为数据源，使用6S进行辐射传输计算构建查找表，进行气溶胶光学厚度的反演，并使用AERONET数据对结果进行验证，对冬季和夏季的监测结果进行了比较。结果表明，该算法能够较好地监测气溶胶，反映城市气溶胶的区域变化；但冬季时的监测结果要远远差于夏季，很难满足气溶胶监测需求。

基于MODIS数据反演江浙皖地区气溶胶光学厚度

气溶胶是气候变化和大气污染的重要影响因素。人们发现卫星遥感为大面积获取气溶胶光学厚度提供了手段,同时卫星遥感的气溶胶光学厚度弥补了地面观测空间覆盖不足的缺陷。文章首先介绍了使用暗像元法反演气溶胶光学厚度的算法和计算流程,利用传统的暗像元法和改进的暗像元法(即V5.2算法)反演江浙皖地区(29～33°N;116～120°E)气溶胶光学厚度的空间分布,并对两种算法所得结果进行比较与分析。结果表明:暗像元法基本可以反映出该区域气溶胶光学厚度的空间分布特点,尤其是在浓密植被区卫星反演得到的结果与(AERONET)太阳光度计的观测值基本相近。但是在城市地区,该算法得到的结果与观测值存在一定的偏差,有待于进一步改善。

基于MODIS数据的北京气溶胶类型特性与影响因素分析

应用北京城区2001-2007年间的MODIS气溶胶产品及辅助气象数据,分析了北京气溶胶类型特性及其变化趋势,以及风速、降水与气温等气候条件对其的影响。根据AOT550-FM关系模型,将北京气溶胶分成城市/工业型(UI),沙尘型(DD),干净海洋型(CM)和混合型(MT)4种类型,并在此基础上,结合辅助气象数据,分析了气候对总体气溶胶和各类型气溶胶的影响。研究表明,受风向、气温、降水等气候因素影响,北京气溶胶在5月取得最大值,北京气溶胶的主要类型为沙尘型气溶胶(DD)和混合型气溶胶(UI),而主要影响气溶胶为沙尘型气溶胶(DD)和城市/工业型气溶胶(UI)。在2001-2007年间,城市/工业型气溶胶(UI)有较明显的增长,沙尘型气溶胶(DD)则呈现为与地面统计数据相符的下降趋势,总体气溶胶和其他类型气溶胶都处于基本稳定状态,北京大气环境基本稳定。

基于MODIS数据的西南地区气溶胶光学厚度时空变化特征分析

研究气溶胶光学厚度时空变化特征,对于了解气溶胶的时空分布规律及其气候效应具有重要意义.本文利用2000-2012年MODIS Level3大气气溶胶光学厚度数据,结合GIS空间分析和制图功能,对西南地区大气气溶胶光学厚度的时空变化特征进行了分析,结果表明：2000-2012年西南地区平均AOD值在0.25~0.31之间波动变化,其中四川盆地地区AOD值比云贵高原地区要高,整个研究区平均AOD呈下降趋势,但趋势并不显著（p〉0.05）;西南地区四季平均AOD值有所差异,AOD值从高到低依次为：春季、夏季、冬季、秋季,除冬季AOD呈上升趋势外,其他三季均呈下降趋势;从空间分布上看,四川盆地中部常年为AOD高值中心,四川盆地边缘和云贵高原地区AOD均相对较低;西南地区AOD变化趋势空间差异明显,四川盆地西部为AOD主要减少区,四川盆地中部为AOD主要增加区,云贵高原地区AOD整体比较稳定.

基于MODIS数据的中国地区气溶胶光学厚度时空变化特征

利用2007-2017年的MODIS/AQUA C6版MYD08_M3气溶胶产品数据资料,从时间和空间角度分析中国气溶胶光学厚度(AOD)变化特征。结果表明:(1)2007-2017年中国AOD年均值在0.40~0.55波动,平均值为0.48,11年间中国AOD年均值降低0.06;(2)中国AOD高值区集中在长江中下游、华北平原、珠江三角洲以及新疆的塔里木盆地,而川西、滇西北与青藏高原交界的地区为低值区,东北及内蒙古北部的AOD也相对较低。(3)地势对AOD分布具有一定影响,一般地,AOD高值区总体分布在低海拔地区,而AOD较低的区域主要位于高海拔区。(4)中国AOD表现出一定的季节变化特征,总体上呈春夏季高峰,秋季最低,冬季至次年春季逐步回升的趋势,此外采暖期内AOD整体上低于非采暖期。

基于MODIS数据的长三角地区气溶胶直接辐射效应研究

以长三角地区为研究区,基于MODIS卫星遥感数据和6S大气辐射传输模型,模拟计算长三角地区地表和大气层顶的气溶胶直接辐射效应(aerosol direct radiation effect,ADRE),并利用南京信息工程大学北辰楼站点CE-318实测数据进行精度验证,在此基础上分析长三角地区气溶胶直接辐射效应的时空分布特征。结果表明,利用MODIS数据反演的地表ADRE、大气层顶ADRE与实测值的拟合精度R2分别为0.92和0.95。在空间上,地表与大气层顶直接辐射效应值的分布区域与变化趋势在整体上趋于一致,其绝对值均呈现北高南低的态势,地表ADRE为-31.60^-20.54 W·m-2、大气层顶ADRE为-3.48^-2.61 W·m-2之间的ADRE绝对值高值区主要集中在北部,尤其在江苏南部的苏州、无锡和常州地区,气溶胶辐射效应显著增大;在时间上,ADRE绝对值的年变化呈波动下降趋势,地表和大气层顶ADRE均值分别在-21.78^-5.94和-2.45^-0.73 W·m-2之间。其中江苏、上海地区气溶胶辐射效应的季节性变化明显,浙江地区辐射效应的季节性差异较小,地表ADRE变化范围大多分布在-10~0 W·m-2区间,大气层顶ADRE变化范围大多分布在-1~0 W·m-2区间。

基于MODIS数据的城市气溶胶光学厚度反演方法

遥感的方法为大面积获取气溶胶光学厚度提供了手段。目前使用MODIS(中分辨率成像光谱仪)数据反演气溶胶光学厚度常用的是暗像素方法以及对比法。由于城市地区符合暗像素标准的像素较少,而且城市地区的气溶胶成分复杂,难以确定其具体成分,所以暗像素方法会产生较大误差。根据MODIS第7、3、1波段对气溶胶的不同响应,以三者的反射率为自变量,结合地面实地观测数据,给出了计算北京地区气溶胶光学厚度的计算公式,误差分析表明该方法更适合城市地区。

基于MODIS数据的西北地区气溶胶光学厚度和Angstrm波长指数的研究

利用MODIS C6产品分析2006~2015年西北地区气溶胶光学厚度(aerosol optical depth,AOD)与Angstrom波长指数的时空分布特征及相互关系。结果表明:塔克拉玛干沙漠和陕西关中地区为气溶胶光学厚度高值区,青海和甘肃南部为AOD低值区,西北地区东部为Angstrom波长指数高值区,北疆地区Angstrom波长指数空间分布差异较大;西北地区年均AOD为0.208±0.011,年均Angstrom波长指数为1.185±0.025,2010~2015年AOD呈下降趋势,2008~2015年Angstrom波长指数呈上升趋势。AOD与Angstrom波长指数存在相反的季节变化关系,AOD春季最大,秋季最小,Angstrom波长指数与之相反。AOD月均最大值出现在4月,为0.35±0.038,10月最小,为0.13±0.009,Angstrom波长指数12月最大,为1.34±0.035,4月最小,为0.97±0.054;AOD与Angstrom波长指数呈负相关,春季的相关性最大,为-0.77,冬季的相关性最小,为-0.28。对不同季节气溶胶光学厚度与Angstrom波长指数的相关性进行分析,结果说明西北地区全年粗、细粒径气溶胶粒子都占有一定比例,主要以小粒径的烟雾粒子为主,沙尘气溶胶粒子也占有一定比例,人为气溶胶排放从春季到冬季不断上升。

利用MODIS数据计算北京地区的气溶胶直接辐射强迫

气溶胶通过吸收和反射太阳辐射直接影响地-气系统的辐射平衡。随着技术和反演算法不断改进,以卫星遥感气溶胶为基础,计算气溶胶直接辐射强迫成为可能。基于MODIS气溶胶和地表反照率数据集,结合MODTRAN辐射传输模式,计算北京地区2004～2009年气溶胶直接辐射强迫,并将计算结果与AERONET结果对比,证明了利用该方法估算陆地上空气溶胶直接辐射强迫的可行性。北京地区气溶胶吸收性很强,有很强的加热作用,气溶胶直接辐射强迫2004～2006年呈明显增加趋势,从2007年开始,由于限行等环境治理措施的逐步实施,气溶胶直接辐射强迫增加趋势减缓,在2009年直接辐射强迫降低。

基于MODIS数据的气溶胶光学厚度反演

气溶胶在大气污染事件中扮演重要角色。光学厚度作为大气气溶胶的一个重要光学属性,常作为其他相关科学研究的重要参数。本文以ENVI5.0为平台,利用经典的暗像元算法,对2011年8月5日北京地区的MODIS卫星遥感影像数据进行了气溶胶光学厚度(AOD)反演,并对其空间分布进行了分析,为环境监测部门提供了大气污染治理依据。

基于MODIS数据反演高反射率地区气溶胶光学厚度的方法研究

针对高反射率地区地表反射率难以确定的难点,假设在不同年间同一天相同地物的两个不同波段的比值近似相等的前提下,借助几何光学模型理论,应用MODIS历史产品和数据,即MODIS地表反射率产品(MOD09)、历史MODIS图像第七波段的地表反射率和待反演地区的MODIS第七波段的地表反射率数据计算出待反演地区的MODIS其他波段的地表反射率,然后结合利用6S辐射传输模式计算建立的查找表,可实现待反演区域的气溶胶光学厚度的反演。以北京市区为例,应用该方法实现了北京市区的气溶胶光学厚度反演,并把反演结果与AERONET观测站的结果进行了对比,对比发现该反演方法对亮区域有效,其误差在30%以内。

基于MODIS数据的上海市气溶胶厚度研究

基于6S传输模型,本文利用中分辨率成像光谱仪(MODIS)数据并结合较新的NASA的V5.2气溶胶业务反演算法,以上海市MODIS数据为研究数据源,结合晴朗天气(晴朗且无云或云稀薄)与AERONET发布的探测日(即发布AOD探测值日期)选取8组MODIS LIB数据集,对其进行气溶胶厚度反演。同时将反演结果与AERONET架设在太湖区域点(31N,120E)的太阳光度观测的光学厚度进行验证。结果表明:V5.2反演算法结果与观测值呈现相同的变化趋势,反演值与观测值误差不大,在气溶胶光学厚度反演中具有较好的应用。

基于MODIS卫星遥感数据的大气气溶胶光学厚度优选反演方法

通过地面大气气溶胶的测定,可以反映大气浑浊度,进而在某种程度上确定区域的气候效应,其中关键技术是大气气溶胶光学厚度的反演.目前使用的卫星遥感气溶胶光学厚度反演算法中,扩展暗像元法精度较低而V5.2法适用范围较窄.提出了一种优选反演法,通过引入中红外通道表观反射率来选择扩展暗像元法或V5.2法.其中,在V5.2法中添加了Walthall双向反射分布订正.实验对比了相关方法反演的气溶胶光学厚度数据,结果表明所提方法可以弥补扩展暗像元法和V5.2算法各自的不足.

基于MODIS数据的南昌市大气气溶胶光学厚度反演

气溶胶对气候和环境都有着重大的影响。利用MODIS L1B数据,通过结合6S辐射传输模型生成查找表(LUT),再结合地面暗像元对南昌市2016年3月份的4景影像进行反演;根据6S模式对地表反射率与表观反射率和气溶胶光学厚度的变化建立敏感性试验,最终反演得出南昌市4景影像在550 nm波长的AOD平均值分别为0.139、0.926、0.442、1.061,与根据能见度计算得出的值大小有差异,但是在可接受范围内,根据结果用暗像元法反演南昌市气溶胶光学厚度是可行的。

贵阳市MODIS气溶胶光学厚度与大气污染物的关系模型研究

为了建立贵阳市气溶胶光学厚度(AOD)与大气污染物的关系模型,利用MODIS气溶胶光学厚度产品与同期贵阳市大气污染物浓度数据(PM_(2.5)、PM_(10)、SO_(2)、NO_(2)、CO和O_(3))进行回归建模分析,通过对比回归模型的R^(2)和Sig.,选择最优拟合模型。结果表明:气溶胶光学厚度与PM_(10)、PM_(2.5)和CO的最优拟合模型均为乘幂函数,其拟合优度R^(2)分别为0.493、0.597和0.293;与NO_(2)、SO_(2)和O_(3)之间的相关性不显著。该结果为大范围定量监测大气污染物浓度提供了一定的参考。

基于MODIS数据的大气气溶胶光学厚度反演——以皖苏沪地区为例

目的气溶胶是影响大气质量的重要因素,卫星遥感在气溶胶反演研究上的优势日益凸显。利用2016年5月16日和5月25日皖苏沪地区MODIS L1B数据,反演气溶胶光学厚度的分布。方法利用AERONET监测网中太湖、徐州、合肥、南京和上海监测站的太阳光度计观测数据,对反演结果进行了精度验证。结果结果表明:绝对误差不超过0.08,相对误差绝对值在18%以内,反演结果符合研究精度要求。结论反演结果与实际观测数据之间虽然存在一定偏差,但大致能反映研究期内皖、苏、沪地区气溶胶光学厚度的分布情况,研究结果具有一定的参考价值。

黄河流域气溶胶时空异质性及影响因素分析

基于大尺度黄河流域的长时序气溶胶光学厚度(AOD)的分析较少,且因素分析也集中在气象条件方面,针对该问题,搜集了MODIS气溶胶产品数据,基于地理加权回归模型(GWR)分析了整个黄河流域的时空变化特征,定量探讨了地理环境、自然气象和社会经济对AOD的综合影响。结果表明:黄河流域AOD整体为下降趋势,由2001年的0.38下降至2020年的0.22。AOD的变化具有明显的季节性,春夏季高于秋冬季,这可能是气温、大气扩散条件和植被覆盖等因素共同作用的结果;从空间分布角度来看,研究区AOD为自西向东呈现梯度递增分布,与流域DEM分布趋势相反,说明地形与气溶胶之间有密切关联。基于GWR模型的研究结果表明:地形植被对整个黄河流域AOD影响程度最大,其次为社会经济、自然气象。针对黄河流域内重点城市的研究结果表明:不同城市气溶胶光学厚度的月际变化有较大差异,流域上游城市西宁、银川和包头的AOD水平较低,冬季AOD最高,夏季AOD最低,而中下游城市夏季AOD最高,冬季最低。

基于遥感的中国陆地地区MODIS C6气溶胶产品验证

【目的】验证MODIS最新版本气溶胶产品在中国陆地地区的适用性。【方法】利用AERONET地基观测数据对MODIS C6版本气溶胶光学厚度(AOD)进行验证,并将研究范围划分为5个区域,分析了C6 AOD产品在各区域的反演效果。【结果】华北和东南沿海地区的MODIS AOD反演精度高;西北地区各站点的精度有较大差别;青藏高原地区精度较差,存在严重高估现象;中东部地区部分站点存在高估。对比之前版本的AOD产品,C6产品在中国各区域的精度有显著提高。【结论】MODIS C6版本气溶胶产品在中国具有较强的适用性和应用价值。