际研究热点之一。
1/气溶胶 2/大气气溶胶遥感反演 3/总结与展望
1/气溶胶
气溶胶：是悬浮于地球大气之中具有一定稳定性、沉降速度小、尺度在
10-4μm到100μm的液态及固体粒子。
气溶胶来源：
自然因素：火山、沙尘暴、森林和草原火灾、活的陆地生物和海洋植物 人为因素：工业、 交通、 取暖燃烧的石油和煤炭、 土地覆盖和土地利用 变 化、森林砍伐和沙漠化
太阳-天空辐射计
气溶胶“观测”的研究方向： 1. 大范围 2. 高精度 3. 多参数
遥感！
2/大气气溶胶遥感反演
遥感监测气溶胶的基本原理：
入射辐射经过气溶胶粒子的散射和吸收作用后，性质及强度发 生变化， 因此， 通过测量入射辐射性质的变化便可以反演气溶胶粒 子的特性。 在晴空的条件下，卫星上探测 到的辐射由下垫面反射的太阳 辐射透过气溶胶部分与气溶胶 多次散射返回太空的部分组成; 气溶胶卫星遥感， 需从卫星遥 感的辐射值中区分出哪些来自 下垫. 近年来，随着高光谱分辨率的传感器的出现，使陆地气溶胶的遥感成为 可能。由于陆地地表不均一性，对太阳短波辐射的反射值依目标不同有 很大差异。目前为止还没有较好的普适的陆地气溶胶遥感算法。 2. 多角度算法利用卫星信号中的角度信息能够更好地剔除地表和大气的贡 献，适用于沙漠等高亮地表，同时还可以区分出一些气溶胶粒子的形状 。由于多角度算法在一些地区的运用还有局限性，它作为一种新的反演 思路，还需要进一步拓展到多种地表覆盖进行实验。 3. 进一步研究偏振特性，充分利用偏振遥感的优势，研究开发传感器等硬 件设备以获取充足的偏振数据，改进或开发偏振遥感反演方法，提高反
2.4/偏振遥感
去除地表信息时较为困难，并且辐射强度随地表状况的改变非常敏感， 这就影响了气溶胶信息提取时的精确度。因此人们需要一种对地表反射率 响应较小且观测信息中主要包含大气气溶胶信息的观测方式，偏振测量能 满足上述要求。除此之外，偏振反射率对波段变化十分不敏感，对粒子特 性较为敏感，使得偏振探测成为近年来气溶胶观测发展最快的方式。 偏振辐射只对气溶胶粒子特性敏感，偏振信息有助于气溶胶特性的提 取，可以更好的反演气溶胶的光学特性。利用这种方法可以同时反演气溶 胶光学厚度和气溶胶粒子的有效粒径。
多次散射值。
2/大气气溶胶遥感反演
气溶胶光学厚度指无云大气铅直气柱中气溶胶散射造成的消光程度。
监测方法： • 基于暗像元的单通道和多通道遥感
• 结构函数法
• 多角度遥感 • 偏振遥感
2.1/基于暗目标的单通道和多通道遥感
单通道遥感：
Griggs发现在海洋和大的水体表面上空垂直反射出去的太阳辐射 随气溶胶光学厚度的变化而近于线性增加，基于此线性关系建立了气 溶胶光学厚度的单通道反演方法。
2.3/多角度遥感
通道数（μm） 观测角度 扫描宽度 分辨率 AATSR 0.55，0.66，0.87，1.6， 3.7，11，12 0°，55° 500km 1km×1km（底向） 1.5km×2km（前向） MISR 0.446，0.558，0.672，0.886 0°，±26.1°，±45.6°， ±60°，±70.5° 360km 0.275km×0.275km 1.1km×1.1km
多通道遥感：
Kaufman等基于中红外通道(2.12 μm) 与红(0.66 μm)、蓝(0.47 μm) 通道关系提出暗目标法，此方法已成功应用于MODIS陆地气溶胶反演。 其基本原理是在浓密植被区及暗色土壤区，可见光的红、蓝波段地表 反射率较低且与短波红外波段存在线性相关关系。在短波红外波段气 溶胶的散射吸收作用很小，假设气溶胶光学厚度为0，卫星观测到的大 气层顶表观反射率就是地表真实反射率。通过短波红外波段的反射率 推断可见光波段的地表反射率，实现地气解耦，然后通过选择合适的 气溶胶模型和辐射传输模型通过建立查找表进行反演。
1/气溶胶
气溶胶观测手段 / 工具
卫星遥感 (宽覆盖) 多波长(多角度)辐射计 : AVHRR, MODIS, MISR, … 偏振仪 : POLDER-1, 2, PARASOL, APS (2010),… 星载激光雷达 : CALIOP
地面观测 太阳-天空辐射计网 : AERONET，Skynet, … （高精度 激光雷达网 : EARLINET, CIS-LiNET, MPLNET, … 和多参数）
2.2/结构函数法
结构函数法是早 期研究陆地污染气溶 胶采用的卫星遥感算 法。该算法假设同一
辐射校正和配准 污染日遥感 影像 清洁日遥感 影像
个地区一段时间内地
表反射率是不变的， 利用“清洁日”大气 作为参考，反演“污 染日”大气的气溶胶 光学厚度。
角度信息计 算 构建气溶胶 和透过率查 找表
构建结构函 数 计算两影像 地表反射率 结构函数值
ＡＡＴＳＲ 与 ＭＩＳＲ 相关参数
2.3.1/基于AATSR的多角度算法—ATSR-DV算法
2.3.1/基于AATSR的多角度算法—ATSR-DV算法
2.3.2/基于MISR的多角度遥感
对于深海区，MISR 采用的气溶胶反演算法类似传统的暗像元法，对 于气溶胶光学厚度大的区域，算法会加入446和558nm 通道的光谱信息以 去除任何不确定的来自海洋表面短波反射辐射的影响。 在进行陆地气溶胶反演计算时，是通过构造一系列与观测角度相关的 经验正交函数（EOF）来模拟地表的反射率随观测角度的变化，利用空间 对比和观测信号中的角度变化信息来区分地表和大气的贡献，最后通过最 小化方差的方法来估算出AOD。
演精度。另外，由于偏振信息对大粒子气溶胶的光学特性并不敏感，因
此在研究沙尘暴等天气的气溶胶光学特性时还需要结合其他信息来对大 粒子气溶胶进行提取，需要进一步改进。
污染日 气溶胶光学 厚度
2.3/多角度遥感
原理：多角度气溶胶遥感针对大气和地表对大气层顶卫星信号贡
献的比率随不同观测角度而不同这一特性，将两者分离出来，适用于
沙漠等亮地表，为气溶胶遥感提供了新的思路。
其中，基于 AATSR 和 MISR 的气溶胶反演方法是近年来多角度
遥感气溶胶中最具代表性的方法。
大气气溶胶遥感反演研究进展
摘 要
随着我国经济的快速发展，工业化和城镇化进程加速，环境承载压力不断 加大，大气污染问题日趋严重。在我国大多数地区，大气气溶胶已成为影响环 境空气质量的首要污染物。大气气溶胶不仅对全球气候变化产生影响, 而且影响
到大气环境质量和人类身体健康。目前，大气气溶胶遥感反演研究已经成为国