大气参数反演之气溶胶反演

1气溶胶反演2基本性质Aerosol粒子半径0.001-100气溶胶是液态或固态微粒在空气中的悬浮体系。作为水滴和冰晶的凝结核、太阳辐射的吸收体和散射体，并参与各种化学循环，是大气的重要组成部分。分类mm0.10.11.01.0100rmmrmmrm埃根核大粒子巨粒子3气溶胶来源气溶胶按其来源可分为一次气溶胶（以微粒形式直接从发生源进入大气）和二次气溶胶（在大气中由一次污染物转化而生成）两种。它们可以来自被风扬起的细灰和微尘、海水溅沫蒸发而成的盐粒、火山爆发的散落物以及森林燃烧的烟尘等天然源也可以来自化石和非化石燃料的燃烧、交通运输以及各种工业排放的烟尘等人为源4气溶胶的辐射特性及其气候环境效应气溶胶对气候和环境的辐射效应演研究基本上是20世纪90年代开始的,主要包含两部分内容:一是不同地区气溶胶对周围环境的辐射效应研究,主要局限于局地范围和特定的气溶胶类型二是气溶胶气候效应的模式研究,主要从局域和全球尺度对气溶胶的气候效应进行模拟研究,以阐明气溶胶对气候变化的影响。5气溶胶的辐射强迫作用包括直接辐射强迫和间接辐射强迫作用。气溶胶对太阳辐射的吸收和散射会改变地球大气系统的行星反照率,从而影响到地气系统的能量平衡;大气气溶胶还起到云凝结核的作用;大量的气溶胶颗粒有可能使云滴的数密度增加,云滴的平均半径变小,这有可能使云对太阳辐射的反射率增加或使云的维持时间加长,甚至使降水减少。6人类活动造成的对流层气溶胶所产生的辐射强迫是气候变化的一个重要贡献者。硫酸盐气溶胶和含碳气溶胶，两类气溶胶在气候变化研究中具有特殊的重要性。如研究表明：以黑炭吸收为主产生的增温效应，称为气溶胶正强迫作用；而硫酸盐气溶胶则相反，其降温作用，称为气溶胶负强迫作用。7气溶胶的光学特性包括：气溶胶的光学厚度、粒子尺度谱分布、折射率（实数虚部）、消光系数垂直分布、单次散射反照率、散射相函数后两者可在前四个参数基础上推导而出。8在不考虑地－气系统之间的多次反射作用以及交叉辐射作用的情况下，卫星传感器所获得的总辐射亮度主要是由地表对太阳直射辐射的反射以及大气气溶胶和其他大气成分对太阳短波辐射的后向散射所组成。因此，要从卫星数据反演出大气气溶胶信息，就必须精确的从卫星传感器所获的总辐射亮度中去除地表信息以及其他大气成分的贡献。气溶胶光学厚度反演原理与方法9气溶胶反演的难点从上式可以看出，要从遥感图像中获取地表信息或大气信息，必须要知道两者中的另外一种信息，然而在遥感反演中，右边的两项信息都是未知的。这就给气溶胶的反演带来一定的难度。要想反演出大气信息，必须通过其他途径获得目标地物的真实地表信息。然而到目前为止尚未有有效的方法来准确的估计地表信息，这正是目前气溶胶遥感反演的一个难点也是一个热点。10陆地气溶胶光学厚度反演原理当假设陆地表面为均匀的朗伯体表面时，卫星传感器所测量的大气顶层的表观反射率可以表示为：)()(),,(1),,(),,(),,(VSVSsVSsVSaVStoaTTS11陆地气溶胶光学厚度反演原理)(ST)(VT和均可被描述为两部分之和：)()(/SdSteTS)()(/VdVteTV12陆地气溶胶光学厚度反演原理13),,,(),,,(),,(,),,(1),,(4),,(),,(),,(0000aVaSaVSsVSsVSVSaVSmVStoaPTPTPSP陆地气溶胶光学厚度反演原理14陆地气溶胶光学厚度反演方法15陆地气溶胶光学厚度反演方法16陆地气溶胶光学厚度反演方法17陆地气溶胶光学厚度反演方法18陆地气溶胶光学厚度反演方法19陆地气溶胶光学厚度反演方法暗像元法反演气溶胶不仅需要确定地表反射率，还需要在假定气溶胶模式、大气模式以及相应几何关系的情况下，利用大气辐射传输模型（如6S模型）计算查找表，最后通过输入地表反射率，相应几何参数，以及对应波段的表观反射率来查找气溶胶光学厚度。20陆地气溶胶光学厚度反演方法21在大气中6S模型主要考虑六种气体的吸收作用，它们是：氧气、二氧化碳、甲烷、一氧化氮、水汽和臭氧，其中前四种气体含量稳定且均匀，而水汽和臭氧随着时间和地点的变化而变化。陆地气溶胶光学厚度反演方法22可见光地表反射率的确定23气溶胶光学厚度反演的详细流程24气溶胶光学厚度反演的详细流程