利用AVHRR數(shù)據(jù)反演陸地氣溶膠光學(xué)厚度

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1、第２５卷第１期應(yīng)用氣象學(xué)報(bào)Ｖｏｌ．２５，Ｎｏ．１２０１４年１月ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＡＰＰＬＩＥＤＭＥＴＥＯＲＯＬＯＧＩＣＡＬＳＣＩＥＮＣＥＪａｎｕａｒｙ２０１４高玲，張里陽(yáng)，李俊，等．利用ＡＶＨＲＲ數(shù)據(jù)反演陸地氣溶膠光學(xué)厚度．應(yīng)用氣象學(xué)報(bào)，２０１４，２５（１）：４２５１．利用犃犞犎犚犚數(shù)據(jù)反演陸地氣溶膠光學(xué)厚度高玲１）１）１）２）１）１）１）張里陽(yáng)李俊陳林孫凌李曉靜１）（國(guó)家衛(wèi)星氣象中心，北京１０００８１）２）（美國(guó)威斯康辛大學(xué)，威斯康辛州５３７０６）摘要開發(fā)ＡＶＨＲＲ可見光通道反演陸地氣溶膠光學(xué)厚度（Ａ

2、ＯＤ）的算法對(duì)于研究長(zhǎng)時(shí)間序列ＡＯＤ的變化有重要意義。ＡＶＨＲＲ由于缺少２．１μｍ通道而不能采用ＭＯＤＩＳ的暗背景算法，該文利用背景合成算法進(jìn)行陸地ＡＯＤ反演。背景合成算法是指假設(shè)一段時(shí)間內(nèi)地表反射率變化不大且會(huì)出現(xiàn)相對(duì)清潔大氣，采用最小值合成即可得到地表反射率，再通過(guò)輻射傳輸模式６Ｓ制作的查算表查算得到ＡＯＤ的反演結(jié)果。將此算法應(yīng)用到２００９年ＡＶＨＲＲ中國(guó)部分陸地區(qū)域（１５°～４５°Ｎ，７５°～１３５°Ｅ）得到ＡＯＤ的時(shí)空分布，將反演結(jié)果與同期Ａｑｕａ／ＭＯＤＩＳ的ＭＯＤ０４ＡＯＤ產(chǎn)品進(jìn)行對(duì)比分析表明，

3、華北和華東地區(qū)的反演效果較好，西北地區(qū)結(jié)果較差。以長(zhǎng)江三角洲地區(qū)為例可知，ＡＶＨＲＲＡＯＤ產(chǎn)品與ＭＯＤＩＳＡＯＤ產(chǎn)品以及ＡＥＲＯＮＥＴ觀測(cè)的ＡＯＤ相比相關(guān)系數(shù)基本在０．６以上，從時(shí)間變化規(guī)律來(lái)看，ＡＶＨＲＲＡＯＤ和ＭＯＤＩＳＡＯＤ產(chǎn)品年變化趨勢(shì)具有很好的一致性。該文為建立長(zhǎng)時(shí)間序列ＡＶＨＲＲＡＯＤ數(shù)據(jù)集提供了一個(gè)較為可行的方法。關(guān)鍵詞：ＡＶＨＲＲ；地表反射率；氣溶膠光學(xué)厚度；ＭＯＤＩＳ；ＡＥＲＯＮＥＴ［６］性是兩種非常先進(jìn)的研究手段。美國(guó)宇航局引言（ＮＡＳＡ）為了獲得氣溶膠的光學(xué)特性在全球建立了氣溶膠觀測(cè)網(wǎng)

4、（ＡＥＲｓｏｌＲｏｂｏｔｉｃＮＥＴｗｏｒｋ，ＡＥＲＯ大氣氣溶膠是指由大氣和懸浮于其中的固體和ＮＥＴ），由分布在全世界的１００多個(gè)站點(diǎn)組成，其使液體顆粒組成的分散體系，通常所說(shuō)的大氣氣溶膠用的地面太陽(yáng)光度計(jì)能對(duì)氣溶膠光學(xué)厚度等進(jìn)行連則指其中的固體和液體微粒。大氣中氣溶膠的存在續(xù)觀測(cè)，時(shí)間分辨率高，但由于站點(diǎn)稀疏，沙漠及海影響到了許多大氣物理過(guò)程，特別是影響到天氣氣洋上缺少站點(diǎn)，因此空間覆蓋面有很大局限性。為［１］候變化。Ｋｉｎｇ等研究表明，氣溶膠通過(guò)直接輻射了得到空間覆蓋面更廣的氣溶膠產(chǎn)品，衛(wèi)星遙感被強(qiáng)迫和

5、間接輻射強(qiáng)迫對(duì)氣候有重要影響。根據(jù)Ｓｏｌｏ廣泛應(yīng)用。目前比較成熟的衛(wèi)星遙感氣溶膠光學(xué)厚［２］ｍｏｎ等的ＩＰＣＣ第４次報(bào)告，氣溶膠的存在使得大度業(yè)務(wù)產(chǎn)品由搭載在極軌衛(wèi)星Ｔｅｒｒａ和Ａｑｕａ上的氣層頂總輻射強(qiáng)迫減少了０．１Ｗ·ｍ－２到０．９Ｗ·ＭＯＤＩＳ提供，但運(yùn)行時(shí)間較短，僅１０年左右。而搭－２，而此其引起的間接輻射強(qiáng)迫為－０．３Ｗ·ｍ－２載在ＮＯＡＡ衛(wèi)星上的ＡＶＨＲＲ以其能夠提供更長(zhǎng)ｍ到－１．８Ｗ·ｍ－２，即氣溶膠引起的輻射強(qiáng)迫不確時(shí)間（從１９８１年開始）的衛(wèi)星資料在氣候變化研究［７］定性達(dá)１００％，造成

6、這種不確定性的原因就是對(duì)氣中占有十分重要的地位。現(xiàn)有的ＡＶＨＲＲ的氣溶膠的特性了解不夠，為了減小對(duì)氣溶膠輻射強(qiáng)迫溶膠業(yè)務(wù)產(chǎn)品只對(duì)海上的氣溶膠光學(xué)厚度進(jìn)行反［８］評(píng)估的不確定性，需要更加精確地掌握氣溶膠時(shí)空演，雖然國(guó)內(nèi)外不少學(xué)者也在進(jìn)行ＡＶＨＲＲ陸地［９１０］分布特性。氣溶膠反演的研究，但大多僅對(duì)單站進(jìn)行研究，近年來(lái)，利用衛(wèi)星資料反演氣溶膠光學(xué)厚度并未給出區(qū)域分布結(jié)果。本文研究了ＡＶＨＲＲ陸地［３５］（ＡＯＤ）以及利用地基儀器觀測(cè)氣溶膠的光學(xué)特氣溶膠光學(xué)厚度反演算法，為獲取中國(guó)區(qū)域ＡＶＨＲＲ２０１２１１

7、１６收到，２０１３１１０６收到再改稿。資助項(xiàng)目：國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目（２０１０ＣＢ９５０８０２）ｅｍａｉｌ：ｇａｏｌｉｎｇ＠ｃｍａ．ｇｏｖ．ｃｎ第１期高玲等：利用ＡＶＨＲＲ數(shù)據(jù)反演陸地氣溶膠光學(xué)厚度４３長(zhǎng)時(shí)間序列的陸地氣溶膠光學(xué)厚度產(chǎn)品開發(fā)提供參犚ｓａｔ（μ，φ；μ０，φ０）＝犚ａｔｍ（μ，φ；μ０，φ０）＋考，進(jìn)而為氣溶膠的輻射強(qiáng)迫研究提供重要依犜ａｔｍ（μ０）犜ａｔｍ（μ）犚ｓｕｒｆ／（１－犚ｓｕｒｆ犛λ）。（２）［１１１２］據(jù)。式（２）中，犚為整層大氣單次散射近似的反射率ａｔｍ（或路

8、徑輻射），犜（）和犜（）分別表示從太陽(yáng)ａｔｍμ０ａｔｍμ１儀器及數(shù)據(jù)簡(jiǎn)介到地面以及從地面到衛(wèi)星的大氣層總的透過(guò)率，犚ｓｕｒｆ為地表反射率，犛λ代表大氣后向散射比，１／（１－搭載在ＮＯＡＡ１８衛(wèi)星上的ＡＶＨＲＲ／３各通道犚ｓｕｒｆ犛λ）代表大氣層多次散射作用。的波長(zhǎng)范圍如表１所示，其中可見光通道的中心波由式（２）可知，衛(wèi)星觀測(cè)到的表觀反射率犚既ｓａｔ長(zhǎng)分別為０．６３和０．８３。由于缺乏２．１是氣溶膠光學(xué)厚度的函數(shù)，