基于多光谱多角度偏振测量的大气气溶胶反演研究

发布时间：2020-08-26 00:09

【摘要】：本论文以平面并行大气层假设条件下的矢量辐射传输方程的求解及线性化为基础,首先,分析矢量辐射传输方程的求解过程,推导单次散射解析解,并实现基于有限时域差异法的非球形粒子散射特性计算,在此基础上实现了一种考虑卷云影响特性的前向矢量辐射传输模型,并将该前向模型与基于蒙特卡洛的MYSTIC矢量辐射传输模型进行比对,对比结果表明前向模型和MYSTIC之间能够保持很好的一致性,差异范围与现有的仪器测量精度范围基本一致。其次,针对光线的偏振特性测量问题,设计搭建了一套单光谱多角度的成像式偏振测量系统,系统波段为488nm观测角度范围在[-80°,80°]之间,并对系统进行了标定,利用该系统测量并分析了晴朗天空和高气溶胶浓度天空下的偏振模式之间的相似点和差异。此外,为了描述气溶胶影响下日出和日落天空的偏振光分布模式,在分析气溶胶粒子散射特性的基础上,结合经典的光强分布模型,构建了偏振光模式的解析模型,与实测结果的对比表明,提出的模型能够描述天空中存在的中性点,并且与实测结果之间的相似度要优于单次散射模型。最后,针对陆地表面的气溶胶反演问题,提出了一种考虑气溶胶复折射率波段变化的反演算法,该算法适用于RSP机载遥感测量的多光谱多角度偏振测量数据。在此基础上,利用仿真和机载遥感多光谱多角度偏振测量数据,分析不同波段范围不同角度分辨率测量数据的气溶胶反演能力,研究发现当包含3个观测角度时,气溶胶参数反演误差能够得到明显的减小,而当在反演中包含5个或以上观测角度时,反演结果不再有显著的改善。除此之外,还证实了在气溶胶反演过程中1590 nm波段相对于可见光波段的优势,这种优势对大粒子型气溶胶的参数反演尤其重要,如粒子有效半径和复折射率。而且,利用410-1590 nm波段和410-2250 nm波段测量数据的气溶胶反演结果之间没有明显区别。利用RSP测量数据的气溶胶反演中,反演出的光学厚度与AERONET数据能够很好地吻合。尽管比较的点数有限,反演出的气溶胶粒子尺寸和单次散射反照率均与AERONET结果很好地吻合。此外,加权平均得到的复折射率也与AERONET提供的复折射率一致。最后,利用RSP测量数据的气溶胶反演,进一步确认了利用仿真结果反演分析中得到的气溶胶反演能力与光谱范围和角度分辨率关系的结论,即对气溶胶反演而言,包含5个观测角度已经能够满足精度需求,此外包含1590 nm波段对气溶胶物理特性反演至关重要,而2250 nm波段则可以忽略。这一结论对后续的气溶胶遥感设备研制具有指导意义。值得注意的是,本论文中的气溶胶反演和天空偏振光分布模式测量都是针对晴朗天气条件开展的,考虑云层影响下的气溶胶反演是后续研究中亟待解决的一个重要问题。
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：X87
【图文】：

空中列车,遥感卫星

图１．邋１空中列车（Ａ－Ｔｒａｉｎ）计划包括的对地遥感卫星Ｗ逡逑Ｆｉｇ．邋１．１邋Ｒｅｍｏｔｅ邋ｓｅｎｓｉｎｇ邋ｓａｔｅｌｉｔｅｓ邋ｉｎｃｌｕｄｅｄ邋ｉｎ邋ｔｈｅ邋Ａ－Ｔｒａｉｎ邋ｍｉｓｓｉｏｎ逡逑２逡逑

相关问题,气溶胶,反演,矢量

个线性化的矢量福射传输模型，该模型需要不仅能够模拟大气层顶部强度矢量，逡逑而且需要能够计算强度矢量对气溶胶特性的导数。逡逑根据上述分析过程，将大气气溶胶反演过程中主要涉及的问题总结为如图１．２逡逑所示的几个方面，具体包括；逡逑（１）

对比图,散射相位函数,理论计算,对比图

射相位特性并与Ｍｉｅ理论结果进行对比。根据Ｍｉｅ理论，球型粒子散射特性的求逡逑解需要两个参数，复折射率ｍ邋＝邋ｍ邋＋邋ｍ＇ｉ和尺寸参数；Ｃ。其中Ｘ邋＝邋ｆｃａ，ａ为粒子半径，逡逑／Ｃ邋＝邋２开／又，人为介质中的波长。图２．３为ｘ＝邋１２．５６，ｍ邋＝邋１．０２邋＋Ｏ．Ｏｉ的球型粒子在逡逑入射波（Ａ邋＝邋１邋ｌｉｍ）作用下，分别由ＦＤＴＤ和Ｍｉｅ计算得出的散射相位函数曲线。逡逑为了便于比较，本文中散射相位函数都Ｗ邋０°方向的值为基础作归一化处理，这里逡逑选择Ｖ１０、Ｖ２０、Ｖ３０Ｈ种网格离散尺寸来进行计算。逡逑如图２．３所示，当网格尺寸为Ａ／１０化阳ＴＤ计算结果与Ｍｉｅ理论有一定的偏逡逑差，特别是在１３０°Ｌ：Ｊｌ后的后向散射误差较大；当网格尺寸为Ａ／２０时，会显著提高逡逑计算精度，０°到１３０°的平均误差可由６．６７％减小到３．４０％，１３０°到１８０°的后向散射逡逑部分结果也有明显改善；继续缩小网格尺寸到Ｖ３０，可进一步提高计算精度，但逡逑１８０°附近仍存在一定误差，这是由于截断边界条件导致的，但１８０°附近散射强度逡逑己非常小

【参考文献】