基于地气时变差异的新一代静止卫星气溶胶细模态比例反演研究

The fine aerosol plays an important role in the climate change assessment and human healthy. High temporal and spatial resolution remote sensing supports the prediction, forecast and regional control. The new generation geostationary satellite which has multi-spectral observing in Visible-Infrared band can meet the demand, while this kind of satellites don't have Fine-Mode Fraction (FMF) retrieval method and production over land. We research the retrieval method using Korea geostationary COMS-1/GOCI sensor data for the first time. Firstly, on the time dimension, we use the idea that "Earth surface changes slowly but the atmosphere quickly" to develop the retrieval strategy which can eliminate earth surface contribution through analyzing the satellite and sensor characteristics; we analyze the remote sensing data sensitivity and research the regional coarse and fine mode aerosol models to separate the coarse and fine mode particles. The feedback from error analysis making sure high efficiency and accuracy; the FMF and AOD in the East China, North and Northeast China will be retrieved using long-term data, and validated by satellite and distributed ground-based products. This project will support the Chinese planned GF-4, FY-4 geostationary satellites with key model and method for the aerosol remote sensing.

粒径小的气溶胶对气候变化、人类健康等影响很大，使用具备多光谱观测能力的新一代静止卫星可以开展高时空分辨率监测，为其预测预报和区域联防联控提供信息支撑。但此类卫星缺乏陆地上空细模态比例（FMF）反演方法，主要原因之一就是精确去除地表贡献很难。为此，本项目利用韩国GOMS-1新一代静止卫星GOCI传感器数据，首次开展静止卫星陆地上空FMF反演研究。首先，在时间维度上，基于“地表慢变，大气快变”思想，针对卫星平台和传感器特性研究去除地表贡献的反演方法；分析遥感数据敏感性并研究区域粗、细模态气溶胶模型，实现粗细模态粒子分离，通过误差分析修正算法提高反演精度；对我国华东、华北、东北地区细模态比例和气溶胶光学厚度进行长时间序列反演，并通过分布式地基观测和卫星产品进行验证。本项目可为我国拟发射的GF- 4（2015）、FY-4（2016）等新一代静止卫星提供气溶胶遥感方面的关键模型和遥感方法。

传统的静止卫星在气溶胶敏感的光谱段波段较少，新一代的静止卫星设置了多个敏感波段。具备反演气溶胶更多信息的可能。本项目设计了同时反演气溶胶多参数的细模态比反演方案。利用多颗近年来发射的中外静止卫星，开展了气溶胶的光学厚度和粒径参数的反演方法探索。首先利用地气时变差异的静止卫星数据特点，构建了基于时间序列数据可以执行自动连续业务化反演的运行系统，生产AOD；其次改进了大覆盖静止卫星的算法，在我国高分辨率对地观测系统高分四号静止卫星上实现气溶胶反演，使时间序列信息依然可以贡献到气溶胶反演收敛上，并集成了业务化反演系统；利用卫星气溶胶遥感产品和地面大气颗粒物监测站点数据，开发了近地面细粒子遥感监测融合方法，具有较高的细粒子大范围监测能力和较高的精度；开展了针对日本Himawari-8静止卫星的反演研究，利用时间序列方法进行反演，利用时序和多光谱的约束，反演得到了多个气溶胶参数：气溶胶光学厚度、AE指数、细模态比例，通过与地基实测数据进行对比验证，气溶胶光学厚度具有较高精度，AE和细模态比例两个气溶胶粒径相关参数反演结果与当前国际上MODIS等同类产品处于同等水平。尝试了使用偏振数据加入反演细模态比例的方法，经过对比验证，取得较高精度。新一代静止卫星气溶胶细模态比反演的方法目前仍在改进。