气溶胶垂直分布对黄渤海水色遥感大气校正的影响及其剔除

Atmospheric correction is the premise and foundation of successful satellite ocean color remote sensing, and its core is the accurate estimation of aerosol radiative contribution. The existing atmospheric correction algorithms all assume that the aerosol vertical distribution follows the uniform or exponential law with a typical scale height. This assumption is suitable for aerosol above open ocean. However, this approach can significantly affect the accuracy of atmospheric correction in coastal waters, which are dominated by absorptive aerosols such as the dust and soot etc. Due to the influence of human activities and terrigenous transport, aerosol is complex and has obvious absorbent characteristics in the Yellow and Bohai Seas. Till now, focusing on the Yellow and Bohai Seas, the temporal and spatial variation characteristics of aerosol vertical distribution has not been reported. Meanwhile, the influence of aerosol vertical distribution on atmospheric correction has not been studied..Based on the aerosol vertical distribution dataset with satellite-ground LIDAR, this project aims to reveal the variation characteristics of aerosol vertical distribution in time and space, to quantify and eliminate the effects of aerosol vertical distribution on atmospheric correction in the Yellow and Bohai Seas. This will lay a foundation for the research on aerosol temporal and spatial characteristics and atmospheric correction of ocean color remote sensing in China coastal waters.

大气校正是高精度卫星水色遥感的前提和基础，其核心是气溶胶辐射贡献的准确估算。现有的大气校正算法均假定气溶胶垂直分布服从单一的均匀或指数分布，该假设适用于气溶胶性质单一的开阔大洋海域，但对于沙尘、煤烟等吸收性气溶胶占主导的近岸海域并不适用。由于受到人类活动及陆源输运等的显著影响，我国黄渤海上空的气溶胶复杂多变且具有明显的吸收性特征。目前针对我国黄渤海海域气溶胶垂直分布时空变化特征的研究尚属空白，气溶胶垂直分布对黄渤海水色遥感大气校正的影响研究也尚未系统开展。.本项目拟基于星-地激光雷达的黄渤海气溶胶垂直分布数据集，揭示气溶胶垂直分布的时间和空间变化特征，量化气溶胶垂直分布对黄渤海海域大气校正的影响并予以剔除，为我国近海气溶胶时空分布特征和卫星水色遥感大气校正研究奠定基础。

卫星光学遥感器对海观测总信号的约90%来自于大气光散射。因此，得到真正反映水体信息的离水辐亮度光谱数据，首先要准确剔除大气的影响（即水色卫星遥感数据的大气校正），其中大气中气溶胶的光学性质对于估算大气影响至关重要。由于受到人类活动及陆源输运等的显著影响，我国黄渤海上空的气溶胶复杂多变且吸收性明显，与大洋上空气溶胶性质差异显著。目前,针对我国黄渤海海域气溶胶垂直分布时空变化特征的研究尚不足，已有的大气校正业务化算法也存在局限性，本项目的开展可为我国近海气溶胶时空分布特征研究提供支撑，为发展高精度的浑浊水体卫星水色遥感大气校正方法研究奠定基础。 .本项目基于CALIOP观测的黄渤海气溶胶垂直分布数据集，开展了气溶胶垂直分布的时间和空间变化特征研究，同时发展了气溶胶光学厚度辅助的气溶胶散射贡献剔除方法。气溶胶垂直分布研究结果表明，黄渤海海域气溶胶消光系数廓线在春、秋和冬季垂向变化规律均满足指数规律特征，但是拟合系数差异明显；夏季气溶胶消光系数廓线变化规律与其他三个季节差异明显。气溶胶消光系数廓线近海面（0.28-2.2km）空间差异相对其他高度层明显。春季近海面近岸气溶胶消光系数受陆地影响最显著。黄渤海海域主要以Dusty Marine、Dust、Clean Marine三种气溶胶类型占主导，气溶胶类型的时间、空间和垂直分布均存在明显的季节差异。利用现场实测数据和准同步卫星数据对所发展的大气校正方法进行了精度测试，结果证明了方法的准确性和有效性。蓝、绿、红波段大气校正结果与实测数据的平均相对偏差分别为32.51%、25.38%、42.10%，且二者光谱形状的一致性较好；大气校正结果与MODIS产品的空间分布态势基本一致。.