MISR和MODIS气溶胶光学厚度产品的数据融合及其在大气细颗粒物监测中的应用研究

【摘要】大气气溶胶是影响全球气候和辐射平衡的关键因素之一，光学厚度是其消光能力的反映，也是气溶胶含量、大气浑浊度和空气质量的重要表征。受限于气溶胶稀少的地面观测站和较大的时空瞬变性，获取连续时间内高覆盖率的数据难以实现，而卫星遥感技术为解决该问题提供了新的方法。搭载在美国国家宇航局第一颗对地观测卫星Terra上的多角度成像光谱仪MISR和中分辨率成像光谱仪MODIS均可提供遥感气溶胶光学厚度产品，其中MODIS具有高分辨率、刈幅宽的特点，而MISR的多角度信息在冰雪覆盖和荒漠等亮地表地区能有效进行反演。对两个传感器进行数据融合可以实现二者的优势互补，弥补单个传感器的不足。本文采用加权平均法、统计最优估计法和小波分解与重构法分别对MISR和MODIS550nm的气溶胶光学厚度进行数据融合，并利用全球气溶胶观测网AERONET的地面实测数据对融合结果进行评价，最后初步探讨了融合气溶胶光学厚度数据在近地面大气细颗粒物PM2.5监测中的应用可行性。主要研究内容及结果如下：1.利用2011-2012年研究区域（10°N-40°N、100°E-130°E）的AERONET站点数据分别对MISR和MODIS550nm的气溶胶光学厚度数据进行匹配对比和校正，结果表明MISR和MODIS与现场测量数据的相关性良好，相关系数分别为0.8881和0.9038，均方根误差分别为0.2055和0.1731。校正后的MISR和MODIS数据将用于该区域的数据融合。2.分别应用加权平均法、统计最优估计法、基于像素和基于区域方差的小波融合三种方法对2011-2012年研究区域MISR和MODIS550nm的气溶胶光学厚度进行数据融合，并对融合结果进行评价。结果显示以天为融合时间单位，两种客观分析法（加权平均和统计最优估计法）融合的精度优于小波融合法，对于更大时间尺度和空间覆盖的融合，小波融合能体现较丰富的细节信息。数据融合后产品的覆盖率与MODIS相比平均提高了6.7%~13.3%，与MISR相比平均提高了32.8%~39.4%。3.将融合后的气溶胶光学厚度产品与地面空气监测站提供的与之相匹配的大气细颗粒物PM2.5空气质量指数进行时间序列比较，发现二者的变化具有一致性；研究五个不同城市PM2.5指数与融合气溶胶光学厚度的线性相关性，得到的平均相关系数为0.6186，显示出较高的相关性。结果表明卫星遥感气溶胶光学厚度能较好的反映近地面PM2.5的变化，卫星遥感大气细颗粒物具有可行性。
【作者】闫婧华；
【导师】陈文忠；
【作者基本信息】中国海洋大学，海洋信息探测与处理，2014，硕士
【关键词】MISR；MODIS；数据融合；气溶胶光学厚度；细颗粒物PM2.5；

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