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臭氧是大气中最主要的痕量气体之一，在地球生态环境保护中起着重要的作用。本文采用中分辨率成像光谱仪(MODIS)9.6μm光谱波段对臭氧的吸收特性，采用多光谱差值技术反演了大气垂直柱总量浓度。由于在选择多光谱组合方案时，对MODIS全部36个光谱波段的数据，做了各波段间数据相关性统计和分析，选择了优化的光谱波段组合方案，因此与目前采用温度廓线和压力廓线辅助反演臭氧总量的方法相比较，计算更为简单、方便。这种新的计算方法应用在全球臭氧柱总量反演中，能有效地加快数据处理的速度。同时，由于MODIS具有光谱辐射精度很高的数据源(15位)和星下点栅格分辨率更高(1km)，因此，反演得到的全球臭氧柱总量结果分布更加精细，精度较前8位数据源更高。本文采用的方法同目前采用温度廓线和压力廓线辅助反演臭氧总量的方法相比，在简化大气参数的复杂性方面，做出了有效的分析和研究。
论文就云对卫星数据的反演带来的严重干扰进行了深入的研究，给出了各种云层对卫星数据干扰的影响分类。根据云的大气辐射特性给出了卫星图像亮度变化率计算公式、图像反射率的变化率计算公式和热红外波段图像亮度温度变化率的计算方法。本文利用单波段亮度变化率检测卫星数据中云干扰相对强度的新方法，能够快速、精确地获取了云区位置，从而分离出云区干扰数据，这对于反演臭氧的精度具有重要意义。本文根据各光谱波段具有不同的透射云层能力的特点，还进一步给出了卫星各红外波段对云层透射能力的客观评价以及影响透射效果的因素。在此基础上利用红外波段对伪卷云的透射能力，把红外波段图像数据融合到可见光波段图像数据，很好地恢复了可见光波段云区下面的客观数据。统计数据表明，融合后的可见光波段云区图像数据与原先两个波段均为无云区域的数据相关性保持一致。利用这种方法，在多光谱数据中能有效地排除云层对反演数据的影响。