多角度标量信号辅助多角度偏振算法反演陆地气溶胶

Multi-angle polarized and MISR's algorithms of aerosol retrieval over land surface have been taking much researching. Multi-angle polarized algorithm has special advantages for the low polarized reflectance from land surface and sensitivity of aerosol physical properties, and the spectral invariant of the ratio of surface directional reflectance factor is key assumption of MISR's algorithm. How to cmbine the two algorithm to improve the retrieval of aersol of multi-angle polarized algorithm assisted by multi-angle intensity measurments is an important problem. In this research, from PARASOL data, the algorithm combined multi-angle polaried and MISR's mulit-angle algorithms is developed to retrieve aerosol. First,based on the ground-based measurements and BRDF model simulation, the ratio of surface directional reflectance factor of PARASOL is analysed, and after analysing the spectral invariant in different spatial resolution, the knowledge of multi-angle reflectance of land surface is derived. Second, after discussing the error from aerosol complex refractive index and the detection of best fitted aerosol model, constrained by the spectral invariant, aerosol is retrieved with improved multi-angle polarized algorithm. Finally, over Beijing area, the algorithm is validated by AERONET Beijing site and compared to aerosol produce of MODIS and PARASOL, and the application of the algorithm is evaluated.

多角度偏振算法和多角度算法是两种开展较多研究的陆地气溶胶反演算法，偏振探测的优势是易于地气解耦、对气溶胶物理性质敏感，而地表反射率比随波长变化较小是多角度算法重要的先验知识，如何结合二者，克服各自局限性，利用多角度标量信号辅助多角度偏振算法以改进陆地气溶胶反演是需要研究的问题。 本项目基于PARASOL数据，利用多角度偏振算法结合多角度算法，研究陆地气溶胶反演方法：首先，利用地面观测数据和BRDF模型模拟，分析基于PARASOL传感器的地表反射率比变化规律，研究空间分辨率对地表反射率比的影响，提取地表多角度反射的先验知识；然后，考虑复折射指数的影响，研究气溶胶类型最优拟合方法，建立以地物多角度反射特征为先验条件从改进的多角度偏振反演陆地气溶胶模型；最后，以北京地区为例利用地基数据和MODIS、PARASOL气溶胶产品对反演结果进行验证与比对，对本算法的应用效果开展评价工作。

遥感技术是获取大气信息的强有力手段，多角度偏振算法和多角度标量算法是两种开展较多研究的陆地气溶胶遥感反演算法，本项目结合这两个算法的特点，实现了利用多角度标量信号辅助多角度偏振算法改进陆地气溶胶的反演。具体包括如下四个方面： .1）研究了通用的高分辨率大气校正算法，为地表反射率的分析提供了基础。以国产HJ-1 CCD相机、高分一号卫星数据为例，校正不同海拔的大气分子散射，采用深蓝算法从蓝光波段反演得到气溶胶信息，计算每个像元的大气校正参数，进而获取地表反射率，完成大气校正。算法实验表明，本算法能够快速完成大气校正，并能较好的去除大气分子与气溶胶影响。.2）完成了PARASOL数据的大气校正，分析了典型地物的多角度反射率比。收集了2009-2012年PARASOL历史数据，按照上述算法完成了大气校正，得到地表多角度反射率，进行归一化处理，分析了城市地区和植被覆盖地区的多角度反射特征。结果表明，绿光、红光、红外三个波段的归一化反射率较为接近，而蓝光波段则与其他波段有较大差异，尤其在秋季和冬季。.3）模拟了典型气溶胶组分的多角度偏振特性，为气溶胶的反演提供了理论基础。根据地基观测的研究结果，利用米理论计算了水溶型、黑炭型、沙尘型等典型粒子组分的光学特性，然后模拟了卫星观测到的各组分多角度标量和偏振信号。结果表明，在大部分卫星观测角度，水溶型粒子的标量信号较强，而黑炭型和水溶型的偏振信号较强，为实现陆地气溶胶的遥感监测，需要结合多角度偏振观测信号和多角度标量信号反演。.4）构建了多角度标量信号辅助多角度偏振反演陆地气溶胶算法，利用地基数据完成算法验证。针对PARASOL数据，利用多角度偏振算法获得细粒子气溶胶信息，然后假定地表反射率比随波长不变，利用多角度标量数据改进陆地气溶胶的反演结果。AERONET北京站的验证结果表明，本算法结果与地面观测数据有较好的相关性，但本算法反演结果要整体低于地面观测结果。