基于群组残差最优方法的多角度偏振陆上云检测与气溶胶反演研究
发布时间：2021-12-21 18:42
气溶胶是地球大气环境的重要组分之一,在大气传输、气候模拟、环境研究、遥感应用、污染监测等众多领域都有着深远的影响。气溶胶粒子又与云的凝结、变化过程密切相关,气溶胶-云-辐射之间的相互作用机制是气候研究中的重点问题之一。气溶胶与云的遥感方法目前有地基遥感和卫星遥感两大类,而在卫星遥感中,多角度、偏振方式作为近年来新兴的遥感手段,与传统光学遥感相比,在地气解耦的问题上有着明显的优势,因此在云和气溶胶领域得以迅速应用和发展。典型的偏振多角度卫星载荷例如POLDER（Polarization and Directionality of Earth’s Reflectance,地球反射偏振测量仪,法国,19962013）,MAPI（Multi-Angular Polarization Imager,多角度偏振成像仪,中国,天宫二号,20162019）,DPC（Directional Polarized Camera,多角度偏振遥感相机,中国,高分五号,2018至今）,为云和气溶胶的定量遥感研究积累了大量的数据储备。目前,气溶胶反演一般采用单角度建表查表...
【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所)吉林省
【文章页数】：140 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
A-train计划示意图[23]
第2章面向多角度偏振数据的群组残差最优方法（OGRM）15(±cos,±)。于是，当和分量振幅相等、相位差固定为±90°时，椭圆偏振波退化为圆偏振波；而和分量相位差固定为kπ（k=0,±1,±2……）时，椭圆偏振波退化为线偏振波。于是，只要知道了电矢量在任意两个相互正交方向上的分量振幅和彼此相位差，就可以完全确定电矢量端点的椭圆轨迹，即椭圆偏振波的特征。实用中用Stokes参量（与上述参量因次完全一样）来更为方便地表征偏振态。这些参量是1852年Stokes进行部分偏振光研究时引入的。图2.1电矢量振动椭圆Figure2.1Thevibrationellipseofelectricvector对上述椭圆偏振波，Stokes参量为：=2+2=+=22==2cos=2Re()=2sin=2Im()}(2.4)显然有2=2+2+2。上面所取坐标系坐标轴与椭圆长短轴取向并不一致，于是可取新坐标系，其和轴分别与椭圆长短轴方向一致，且仍与传播方向一致，这时再求取新参考坐标系中的Stokes参量，来说明Stokes参量的物理意义。椭圆长轴为a，短轴为b：a=0cosb=0sintan=ba}(2.5)代表了椭圆的椭率。<0则称左旋椭圆偏振；>0则称右旋椭圆偏振。相对于旋转了角，称为椭圆取向角，则两个坐标系内的电矢量分量有变换关系：
第2章面向多角度偏振数据的群组残差最优方法（OGRM）23中大气质量因子和气溶胶的前向散射相关的系数也没有精确取值，同样也会存在误差。2.2OGRM方法的系统构建与关键参量的数值模拟研究2.2.1粒子散射关键参量的数值模拟研究基于2.1.1~2.1.2节的理论，本研究使用Python语言模拟了单个球形粒子散射的散射系数、相函数等关键参数。为了验证所编写程序的正确性，选择了两种典型散射粒子参数来进行数值模拟研究。对于水滴型气溶胶粒子[131]，复折射率取典型值=1.330.01，散射系数和消光系数随粒子尺度的变化如图2.2：图2.2水滴型气溶胶粒子（=1.330.01）和随粒子尺度变化图Figure2.2Thevariationofandwiththesizeofwaterdropaerosolparticles(=1.330.01)对于大陆型气溶胶粒子，取复折射率典型值=1.50.001，散射系数和消光系数随粒子尺度的变化如图2.3：
【参考文献】：
期刊论文
[1]高分五号卫星多角度偏振成像仪细粒子气溶胶光学厚度遥感反演[J]. 谢一凇,李正强,侯伟真,张洋,伽丽丽,李莉,李凯涛,许华. 上海航天. 2019(S2)
[2]高分五号卫星多角度偏振相机最优化估计反演:角度依赖与后验误差分析[J]. 郑逢勋,侯伟真,李正强. 物理学报. 2019(04)
[3]多角度偏振探测技术[J]. 殷德奎. 红外. 2019(01)
[4]PARASOL/POLDER3卫星数据的海洋上空云检测[J]. 陈震霆,孙晓兵,乔延利. 遥感学报. 2018(06)
[5]偏振多通道遥感云检测的阈值优化[J]. 方薇,乔延利,张冬英,易维宁. 光学学报. 2018(12)
[6]TG-2多角度偏振成像仪云相态识别机载验证试验[J]. 郭俊杰,姚志刚,韩志刚,赵增亮,殷德奎,严卫. 遥感技术与应用. 2018(03)
[7]FY-3A/MERSI、MODIS C5.1和C6气溶胶光学厚度产品在中国区域与地面观测站点的对比分析[J]. 唐维尧,鲍艳松,张兴赢,刘辉,朱柳桦. 气象学报. 2018(03)
[8]卫星近红外偏振通道反演气溶胶光学厚度的气溶胶模型影响[J]. 伽丽丽,马,陈兴峰,李莉,李正强,张洋. 红外与毫米波学报. 2016(05)
[9]中亚地区气溶胶时空分布及其对云和降水的影响[J]. 张喆,丁建丽,王瑾杰. 环境科学学报. 2017(01)
[10]基于大地坐标系的球面大气辐射传输模型[J]. 杨春平,马小莉,郭晶,敖明武,叶玉堂,曲兆俊,徐振亚. 电子科技大学学报. 2016(02)
博士论文
[1]基于多角度标量和偏振卫星数据的气溶胶光学参数反演研究[D]. 张洋.中国科学院大学(中国科学院遥感与数字地球研究所) 2018
[2]基于多光谱多角度偏振测量的大气气溶胶反演研究[D]. 吴良海.合肥工业大学 2015
[3]光学遥感偏振成像仿真与验证方法研究[D]. 黄红莲.中国科学技术大学 2015
[4]中国东北城市地区大气气溶胶光学特性及其直接辐射效应研究[D]. 赵胡笳.中国气象科学研究院 2014
[5]大气光谱学与Mie散射研究[D]. 左浩毅.四川大学 2007
[6]气溶胶光学厚度的高光谱遥感反演及其环境效应[D]. 孙娟.华东师范大学 2006
硕士论文
[1]基于POLDER数据的污染云识别算法研究[D]. 徐飞飞.安徽师范大学 2018
[2]基于地物波谱数据库的多角度多波段核驱动模型构建[D]. 张莹彤.中国科学院大学(中国科学院遥感与数字地球研究所) 2017
[3]基于卫星和AERONET观测的北京地区气溶胶光学特性研究[D]. 邓梅.安徽农业大学 2015
[4]遥感反演安徽地区气溶胶光学厚度及其时空特征分析[D]. 王浩洋.安徽大学 2015
[5]基于TERRA和AQUA双星MODIS影像协同反演陆地上空气溶胶光学厚度[D]. 王强.南京师范大学 2014
[6]基于地基遥感数据对太湖地区气溶胶特性的研究[D]. 范进进.南京信息工程大学 2013
[7]中国地区大气气溶胶光学厚度的卫星遥感监测分析[D]. 胡蝶.兰州大学 2012
[8]基于POLDER数据反演气溶胶光学厚度的方法及其应用研究[D]. 邵培.安徽师范大学 2012
[9]不同天气下的天空散射光偏振特性研究[D]. 邹晓辰.大连理工大学 2010
[10]激光干涉粒子成像测量中的散射光分析[D]. 赵晨.天津大学 2009
本文编号：3544976
【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所)吉林省
【文章页数】：140 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
A-train计划示意图[23]
第2章面向多角度偏振数据的群组残差最优方法（OGRM）15(±cos,±)。于是，当和分量振幅相等、相位差固定为±90°时，椭圆偏振波退化为圆偏振波；而和分量相位差固定为kπ（k=0,±1,±2……）时，椭圆偏振波退化为线偏振波。于是，只要知道了电矢量在任意两个相互正交方向上的分量振幅和彼此相位差，就可以完全确定电矢量端点的椭圆轨迹，即椭圆偏振波的特征。实用中用Stokes参量（与上述参量因次完全一样）来更为方便地表征偏振态。这些参量是1852年Stokes进行部分偏振光研究时引入的。图2.1电矢量振动椭圆Figure2.1Thevibrationellipseofelectricvector对上述椭圆偏振波，Stokes参量为：=2+2=+=22==2cos=2Re()=2sin=2Im()}(2.4)显然有2=2+2+2。上面所取坐标系坐标轴与椭圆长短轴取向并不一致，于是可取新坐标系，其和轴分别与椭圆长短轴方向一致，且仍与传播方向一致，这时再求取新参考坐标系中的Stokes参量，来说明Stokes参量的物理意义。椭圆长轴为a，短轴为b：a=0cosb=0sintan=ba}(2.5)代表了椭圆的椭率。<0则称左旋椭圆偏振；>0则称右旋椭圆偏振。相对于旋转了角，称为椭圆取向角，则两个坐标系内的电矢量分量有变换关系：
第2章面向多角度偏振数据的群组残差最优方法（OGRM）23中大气质量因子和气溶胶的前向散射相关的系数也没有精确取值，同样也会存在误差。2.2OGRM方法的系统构建与关键参量的数值模拟研究2.2.1粒子散射关键参量的数值模拟研究基于2.1.1~2.1.2节的理论，本研究使用Python语言模拟了单个球形粒子散射的散射系数、相函数等关键参数。为了验证所编写程序的正确性，选择了两种典型散射粒子参数来进行数值模拟研究。对于水滴型气溶胶粒子[131]，复折射率取典型值=1.330.01，散射系数和消光系数随粒子尺度的变化如图2.2：图2.2水滴型气溶胶粒子（=1.330.01）和随粒子尺度变化图Figure2.2Thevariationofandwiththesizeofwaterdropaerosolparticles(=1.330.01)对于大陆型气溶胶粒子，取复折射率典型值=1.50.001，散射系数和消光系数随粒子尺度的变化如图2.3：
【参考文献】：
期刊论文
[1]高分五号卫星多角度偏振成像仪细粒子气溶胶光学厚度遥感反演[J]. 谢一凇,李正强,侯伟真,张洋,伽丽丽,李莉,李凯涛,许华. 上海航天. 2019(S2)
[2]高分五号卫星多角度偏振相机最优化估计反演:角度依赖与后验误差分析[J]. 郑逢勋,侯伟真,李正强. 物理学报. 2019(04)
[3]多角度偏振探测技术[J]. 殷德奎. 红外. 2019(01)
[4]PARASOL/POLDER3卫星数据的海洋上空云检测[J]. 陈震霆,孙晓兵,乔延利. 遥感学报. 2018(06)
[5]偏振多通道遥感云检测的阈值优化[J]. 方薇,乔延利,张冬英,易维宁. 光学学报. 2018(12)
[6]TG-2多角度偏振成像仪云相态识别机载验证试验[J]. 郭俊杰,姚志刚,韩志刚,赵增亮,殷德奎,严卫. 遥感技术与应用. 2018(03)
[7]FY-3A/MERSI、MODIS C5.1和C6气溶胶光学厚度产品在中国区域与地面观测站点的对比分析[J]. 唐维尧,鲍艳松,张兴赢,刘辉,朱柳桦. 气象学报. 2018(03)
[8]卫星近红外偏振通道反演气溶胶光学厚度的气溶胶模型影响[J]. 伽丽丽,马,陈兴峰,李莉,李正强,张洋. 红外与毫米波学报. 2016(05)
[9]中亚地区气溶胶时空分布及其对云和降水的影响[J]. 张喆,丁建丽,王瑾杰. 环境科学学报. 2017(01)
[10]基于大地坐标系的球面大气辐射传输模型[J]. 杨春平,马小莉,郭晶,敖明武,叶玉堂,曲兆俊,徐振亚. 电子科技大学学报. 2016(02)
博士论文
[1]基于多角度标量和偏振卫星数据的气溶胶光学参数反演研究[D]. 张洋.中国科学院大学(中国科学院遥感与数字地球研究所) 2018
[2]基于多光谱多角度偏振测量的大气气溶胶反演研究[D]. 吴良海.合肥工业大学 2015
[3]光学遥感偏振成像仿真与验证方法研究[D]. 黄红莲.中国科学技术大学 2015
[4]中国东北城市地区大气气溶胶光学特性及其直接辐射效应研究[D]. 赵胡笳.中国气象科学研究院 2014
[5]大气光谱学与Mie散射研究[D]. 左浩毅.四川大学 2007
[6]气溶胶光学厚度的高光谱遥感反演及其环境效应[D]. 孙娟.华东师范大学 2006
硕士论文
[1]基于POLDER数据的污染云识别算法研究[D]. 徐飞飞.安徽师范大学 2018
[2]基于地物波谱数据库的多角度多波段核驱动模型构建[D]. 张莹彤.中国科学院大学(中国科学院遥感与数字地球研究所) 2017
[3]基于卫星和AERONET观测的北京地区气溶胶光学特性研究[D]. 邓梅.安徽农业大学 2015
[4]遥感反演安徽地区气溶胶光学厚度及其时空特征分析[D]. 王浩洋.安徽大学 2015
[5]基于TERRA和AQUA双星MODIS影像协同反演陆地上空气溶胶光学厚度[D]. 王强.南京师范大学 2014
[6]基于地基遥感数据对太湖地区气溶胶特性的研究[D]. 范进进.南京信息工程大学 2013
[7]中国地区大气气溶胶光学厚度的卫星遥感监测分析[D]. 胡蝶.兰州大学 2012
[8]基于POLDER数据反演气溶胶光学厚度的方法及其应用研究[D]. 邵培.安徽师范大学 2012
[9]不同天气下的天空散射光偏振特性研究[D]. 邹晓辰.大连理工大学 2010
[10]激光干涉粒子成像测量中的散射光分析[D]. 赵晨.天津大学 2009
本文编号：3544976
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