李潤杰

摘要：隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，許多地方的空氣質(zhì)量不斷下降，而有的地方則出現(xiàn)了霧霾。不良的空氣質(zhì)量會降低大氣能見度，影響交通出行安全，甚至對人們的身體健康有危害。運用衛(wèi)星遙感技術進行監(jiān)測可獲得大面積區(qū)域動態(tài)監(jiān)測，完成氣溶膠的遙感監(jiān)測工作。

關鍵詞：MODIS;暗像元法;氣溶膠光學厚度

引言

隨著近些年來的快速發(fā)展，我國的工業(yè)化和城市化水平不斷提高，但環(huán)境質(zhì)量卻有了明顯的下降[1]。目前我國對于大氣質(zhì)量的監(jiān)測主要依靠地面監(jiān)測站的監(jiān)測，但由于地面監(jiān)測站分布有限，且監(jiān)測范圍局限于監(jiān)測站附近的一定范圍，對于遠離監(jiān)測站的地點無法獲得大氣質(zhì)量的相關數(shù)據(jù)或者數(shù)據(jù)可靠性較低，不適應于大面積監(jiān)測及動態(tài)分析。而遙感數(shù)據(jù)具有持續(xù)、動態(tài)、大面積觀測的特點，利用遙感數(shù)據(jù)對大氣環(huán)境進行監(jiān)測能有效克服地面監(jiān)測站的不足，實現(xiàn)大氣環(huán)境的持續(xù)動態(tài)監(jiān)測，為大氣環(huán)境的相關分析及城市霧霾的治理提供數(shù)據(jù)信息。

正文

大氣氣溶膠是懸浮在大氣中的固體和液體微粒與氣體載體共同組成的多相體系，廣泛地影響著地球的氣候和生態(tài)系統(tǒng)[2]。盡管氣溶膠在大氣中的含量相對較少，但它在大氣過程中所起的作用卻不容忽視，其突出的作用表現(xiàn)在氣溶膠不僅對大氣能見度、太陽散射和輻射、大氣溫度等具有較多影響，而且由于其粒徑小、表面積大，為大氣環(huán)境化學提供了反應床，從而影響大氣的各種化學作用，同時影響人類健康。目前有許多研究者對遙感氣溶膠監(jiān)測進行了研究，蘇城林等（2015）利用NPP VIIRS數(shù)據(jù)反演氣溶膠光學厚度，得到的結果與AERONET的數(shù)據(jù)顯著相關[2]。楊麗娟等（2018）利用MODIS遙感數(shù)據(jù)對福州地區(qū)的PM2.5進行遙感估計并利用十折交叉驗證法對結果進行了驗證[3]。張婕等（2016）對沈陽地區(qū)的MODIS與MERSI氣溶膠產(chǎn)品進行了對比研究[4]。葛邦宇等（2018）運用暗目標法對Himawari-8靜止衛(wèi)星數(shù)據(jù)進行了氣溶膠反演[5]。田信鵬等（2018）利用Landsat8OLI高空間分辨率數(shù)據(jù)對北京市的氣溶膠光學厚度進行了反演[6]。孫林等（2016）利用地表反射率產(chǎn)品支持的GF-1 PMS數(shù)據(jù)進行了大氣校正及氣溶膠光學厚度反演。這些研究均表明可以通過對遙感數(shù)據(jù)進行一系列處理等到氣溶膠數(shù)據(jù)，驗證了通過遙感手段獲取氣溶膠數(shù)據(jù)具有可行性。本文利用了重慶市的MODIS L1B數(shù)據(jù)，結合研究區(qū)狀況，選擇暗像元法進行了氣溶膠光學厚度的反演。

大氣氣溶膠對地球表層系統(tǒng)的輻射有重要影響，氣溶膠可以通過對太陽短波輻射的散射，調(diào)節(jié)地-氣系統(tǒng)的反射率，導致地-氣系統(tǒng)的降溫過程。同時，由于氣溶膠的組成成分不同，對太陽短波輻射的吸收、散射作用也不同，某些吸收作用較強的氣溶膠可以導致地-氣系統(tǒng)的增溫過程。另一方面，氣溶膠可以充當云、霧生成的凝結核，因而對地-氣系統(tǒng)的輻射平衡產(chǎn)生間接影響。

在利用衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)對氣溶膠進行反演時，一般假設地球表面為均勻朗伯面，即當入射能量在所有方向均勻反射，即入射能量以入射點為中心，在整個半球空間內(nèi)向四周各向的反射能量相同。同時假設氣溶膠在不同高度上均勻分布。則衛(wèi)星接收到的輻射L（）的表達式為：

式中：，，為太陽天頂角，為傳感器天頂角，為觀測方向的路徑輻射量，r為視作朗伯體后的地表的反射率，S為大氣下界的半球反射率，T為大氣透過率，為大氣層頂部與太陽光相垂直的方向上的輻射通量密度。

然后利用入射太陽輻射項對式上進行歸一化可得，大氣層頂部的反射率：

式中：是大氣路徑輻射的等效反射率，是地表二向反射率，將地表視作朗伯體時，其值取為r。通過使用6S模型來計算在不同的氣溶膠模式及角度數(shù)據(jù)時，氣溶膠光學厚度與S、、等3個參數(shù)間的關系，并由此來構建查找表，然后在進行氣溶膠反演時通過調(diào)用查找表來得到相應的氣溶膠的值，從而實現(xiàn)氣溶膠的遙感監(jiān)測。

結論

根據(jù)研究目的選用了MODIS L1B進行研究，在對氣溶膠反演原理及重慶市自然地理環(huán)境進行了解的基礎上選擇了暗像元法來進行氣溶膠光學厚度的反演。通過對MODIS L1B數(shù)據(jù)進行了處理，并通過調(diào)用查找表來實現(xiàn)了氣溶膠光學厚度的反演，得到了重慶市的氣溶膠光學厚度的空間分布情況。從空間上分析，重慶市整體的氣溶膠光學厚度較小，大氣環(huán)境較好，氣溶膠光學厚度較小，基本都在0.5左右。

參考文獻：

[1]周濤，汝小龍.北京市霧霆天氣成因及治理措施研究[[J].華北電力大學學報（社會科學版），2012（2）：12-16.

[2]蘇城林，蘇林，陳良富， 等.NPP VIIRS數(shù)據(jù)反演氣溶膠光學厚度[J].遙感學報，2015，19（6）：977-982.

[3]楊立娟，徐涵秋，金致凡.MODIS衛(wèi)星遙感估計福州地區(qū)近地面PM2.5濃度[J].遙感學報， 2018，22（1）：64-75.

[4]張婕，劉昊野，辛金元等.沈陽地區(qū)MODIS與MERSI氣溶膠產(chǎn)品對比研究[J].遙感學報，2016，20（4）：549-560.

[5]葛邦宇，楊磊庫，陳興峰， 等.暗目標法的Himawari-8靜止衛(wèi)星數(shù)據(jù)氣溶膠反演[J].遙感學報，2018，22（1）：38-50.

[6]田信鵬，孫林，劉強， 等.北京地區(qū)Landsat8OLI高空間分辨率氣溶膠光學厚度反演[J].遙感學報，2018，22（1）：51-63.