海岸带气溶胶卫星遥感反演及并行处理研究

	海岸带气溶胶卫星遥感反演及并行处理研究
其他题名	Research on Aerosol Retrieval Using Satellite Remote Sensing Data over Coastal Zone and Parallel Processing
	王后茂
学位类型	硕士
导师	唐家奎
	2011-05-31
学位授予单位	中国科学院研究生院
学位授予地点	北京
学位专业	环境科学
关键词	气溶胶光学厚度(Aod) Modis 可吸入颗粒物(Pm10) 空气污染指数(Api) 网格计算
摘要	利用卫星遥感数据反演气溶胶光学厚度一直是国际上的难点和热点。目前，应用于中分辨率成像光谱仪(MODIS)的暗像元(DDV)算法反演气溶胶分布已经取得较好的效果，但其并不适用于高反射率地区的气溶胶光学厚度反演，这大大限制了该算法的应用范围。本文则以渤海湾西岸为研究区域，基于不同角度像元地表反射率波段比值近似相等的理论进行陆地上空气溶胶光学厚度反演，取得较高的反演精度，解决了城市等高反射率地区气溶胶反演无效的问题。目标地物的双向反射率分布主要受地物的宏观物理组分结构的影响较大，而受光的波长影响非常小，即同一地物不同波段的地表反射率分布形状是相似的(Roland，1995)。因此，针对某一特定目标地物，不同观测角度的波段地表反射率比值只受地物几何结构的影响而不随波长的变化而变化，即在任意两个观测方向上，同一地物可见光与红外波段的地表反射率比值相等且较恒定。基于该理论，本文利用MODIS L1B 数据在气溶胶非常少的清洁日计算得到蓝(0.47μm)、绿(0.54μm)及红(0.66μm)可见光波段分别与红外波段(2.13μm)之间的地表反射率比值，然后将其应用到与清洁日比较邻近(间隔20 天以内)的且气溶胶光学厚度相对较大的浑浊日，并在浑浊日MODIS 2.13μm 波段受气溶胶影响较小以至于可以忽略的条件下，求得浑浊日各可见光波段的地表反射率，将得到的地表反射率作为已知参数输入6S 大气辐射传输模型以反演陆地上空0.55μm 气溶胶光学厚度。将该反演算法应用于渤海湾西岸陆地上空进行气溶胶光学厚度反演试验研究，并将反演值与AERONET 地面实测值进行比较，得到反演相对误差基本在20%(MODIS AOD产品平均相对误差)(Chu，2002)以内。在本文中，基于以上提出的气溶胶光学厚度反演算法还进行了如下几点研究： 1) 将反演算法应用到北京地区反演得到 2005-2009 年春末夏初时五天的气溶胶光学厚度值，对北京及周边地区气溶胶空间分布规律进行了研究，并结合AERONET 北京站实测数据分析了北京地区春末夏初五年气溶胶光学厚度时间序列的变化趋势。其中，2005-2007 年春末夏初五六两月AOD0.55 平均值相差较小，分别为1.050, 1.210 和1.080；2008 年达到最大，月平均值为1.480；2009 年则下降明显，月平均值为0.660. 2) 城市环保部门一般利用地面实测的点数据进行空气质量状况预报，该方法可以准确获得地面点的空气污染信息，但是不能表征大范围且连续空间的空气质量状况。而卫星遥感数据具有获取方便且覆盖范围广的特点，为研究空气质量的连续空间分布规律提供数据基础。目前，利用卫星数据反演空气污染指数、表征城市空气质量状况的研究相对较少，技术也不够成熟。本文则利用气溶胶光学厚度与空气污染指数的回归关系，实现卫星直接遥感空气污染指数，为研究城市空气质量提供技术支持。将AERONET 北京站实测的0.55μm 光学厚度标高订正后与经过湿度订正的可吸入颗粒物(PM10)进行相关回归分析，相关系数达近0.5，并得到两者的关系方程。然后利用卫星反演的光学厚度得到PM10 的浓度值，再通过空气污染指数(API)与首要污染物PM10 的计算关系，得到北京地区空间分辨率为1km 的且空间连续分布的API 值。将反演值与北京市环保局27 个站点的实测值进行比较，每个站点反演值偏高约40-60 个API 点数，而相对于MODIS AOD 产品得到的API 平均低7.5 个点数，反演误差平均低9.1%。 3) 目前，对于气溶胶信息的获取已经涌现出各种反演算法，但气溶胶反演计算过程较为复杂且耗时，而对于要求实时观测的气溶胶参数反演，一直没有较好的解决办法。网格并行计算技术可以通过多台处理器同时计算同一任务的不同模块，以此来缩短气溶胶反演时间，提高气溶胶反演效率，一定程度上解决了气溶胶反演耗时的问题。本文中，我们分别采用1、2、4及8 台处理器针对400×400 个像元数据进行网格反演计算试验，发现所用处理器数量越多，反演所需时间就越少：8 台处理器反演所需时间仅为1台时的五分之一。
文献类型	学位论文
条目标识符	http://ir.yic.ac.cn/handle/133337/3619
专题	中国科学院烟台海岸带研究所知识产出_学位论文
推荐引用方式 GB/T 7714	王后茂. 海岸带气溶胶卫星遥感反演及并行处理研究[D]. 北京. 中国科学院研究生院,2011.

条目包含的文件
文件名称/大小	文献类型	版本类型	开放类型	使用许可
海岸带气溶胶卫星遥感反演及并行处理研究.（1847KB）			开放获取	--	请求全文