《测绘学报》
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云邻近效应对气溶胶光学厚度遥感反演的影响及其消减方法研究
贺军亮1,2
1. 石家庄学院资源与环境科学学院, 河北 石家庄 050035;2. 南京师范大学虚拟地理环境教育部重点实验室, 江苏 南京 210023
收稿日期：2019-02-13
基金项目：国家重点基础研究发展计划（2014CB953802）；国家自然科学基金（41671428）；石家庄学院博士科研启动基金（17BS002）；河北省高等学校科学研究计划项目（Z2019009）
第一作者简介：贺军亮(1979-), 男, 2016年6月毕业于南京师范大学, 获理学博士学位(指导教师:查勇教授), 研究方向为环境遥感。E-mail:hejunliang0927@163.com
Study on the influence of cloud adjacency effects on the aerosol optical depth retrieval and its reducing method
HE Junliang1,2
First author: HE Junliang (1979—), male, received his doctoral degree from Nanjing Normal University on June 2016, majors in environmental remote sensing.E-mail:hejunliang0927@163.com.
全球大气中云的平均覆盖率约为60%。研究三维大气中云对气溶胶光学厚度(aerosol optical depth, AOD)遥感反演的影响，发展和改进消减云影响的气溶胶光学厚度遥感反演方法，对于减小基于卫星遥感研究气溶胶间接气候效应的不确定性、全面掌握区域气溶胶污染分布情况及其变化规律具有重要的科学意义和应用价值。论文通过分析MODIS产品资料，获得对云影响下气溶胶光学厚度反演不确定性的初步认识；开展Monte Carlo理论模拟试验，定量分析云三维邻近效应对气溶胶光学厚度遥感反演的影响；在此基础上，基于GOCI和Landsat影像提出消减云影响的气溶胶光学厚度反演模型，以期为多云天气下高时空分辨率的气溶胶遥感提供理论依据和方法参考。
(1) 利用海洋地区时空匹配的MODIS/AERONET数据，统计分析了云对MODIS C6 AOD反演质量的影响规律：海洋地区AOD及其反演误差总体上随云量的增加而增大，随平均邻近云距离的增加而呈幂函数式衰减，与平均卷云反射率之间基本成正比关系。此外，MODIS AOD随云顶气压和云光学厚度的增加而减小，随云滴有效半径的变化规律则较为复杂。云三维邻近效应和直接污染效应的综合影响是MODIS AOD产品的主要误差源之一。
(2) 设计了单体云场和复杂云场Monte Carlo模拟试验，系统研究了不同云况、观测几何、地表条件、气溶胶廓线、空间尺度下云三维邻近效应的波谱响应规律，分析了云邻近“增亮”效应的物理机制：多云天气下，被云体散射的辐射在不均匀大气中传播，一部分经大气分子和气溶胶的散射和吸收作用上行进入到晴空卫星观测视场，增强了卫星传感器接收的辐射能量；另一部分通过下行大气散射和吸收，到达地表发生反射后再次经过大气消光进入卫星观测视场，该部分的贡献比例与地物类型有关。
(3) 基于Monte Carlo模拟结果和GOCI影像，讨论对比了单波段表观反射率、波段比值、差值、归一化与加和等遥感指标对云影响下气溶胶光学厚度反演误差的消减效果：波段比值方法一定程度上能够消减云邻近效应对表观反射率的影响，但不同波段组合消减气溶胶光学厚度反演误差的效果却有所差异，甚至存在反演误差大于单波段消减因子的现象。产生原因与反射率比值随气溶胶光学厚度变化的敏感程度，云邻近“增亮”和“阴影”效应的综合影响，以及地表反射率的确定误差有关。
(4) 根据地球同步卫星的特征，结合时空维度云检测规则、合成背景影像和耦合波段比值消减因子的查找表，构建了适用于云影响下GOCI影像的气溶胶光学厚度反演技术流程。根据短波红外和可见光波段反射率的线性比例关系，结合ACCA(QA) HSV云检测规则和自适应区间迭代 预测区间估计蓝波段暗像元线方法，提出了消减云影响的Landsat程辐射法气溶胶光学厚度反演模型。
【引文格式】贺军亮. 云邻近效应对气溶胶光学厚度遥感反演的影响及其消减方法研究. 测绘学报，2020，49(1)：132-132. DOI: 10.11947/j.AGCS.2020.20190060
