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大气中的气溶胶对气候变化的辐射压迫体现在它可以通过对太阳光和地表辐射的散射和吸收改变地气系统的能量平衡;还体现在可以作为云凝结核来改变降雨形成和云的表观反射率。目前利用卫星遥感手段,探测气溶胶的光学及物理特性的变化,由于其高覆盖率、低重复周期和低成本等成为探测气溶胶变化的重要手段之一。但针对粗细混合型城市气溶胶特性的高精度卫星遥感反演方法仍然存在较大不足。本文的主要内容是在研究该区域气溶胶特性和现有的PARASOL官方算法在该区域的气溶胶特性反演能力的评价的基础上,基于多角度偏振卫星数据(PARASOL)对亚洲典型粗细混合型城市气溶胶特性提出一种可以满足实际应用需求的全新反演算法。
在利用所选站点北京和坎普尔的地基AERONET观测数据分析过程中,两城市地区都为明显的粗细混合型气溶胶模式,气溶胶特性的分类结果显示在北京包括春季在内的各个季节以及坎普尔的秋冬季的AOD增长都是由于细粒子聚合或吸水性增长;在坎普尔,春季和夏季的AOD增长主要源自粗粒子增加或云的影响。通过对现有。PARASOL AOD产品与以上区域的AERONET观测结果(2005-2009年)对比发现,Parasol的AOD与.AERONET的细粒子AOD产品具有很好的相关性,但Parasol的反演结果在北京和坎普尔仍然表现出明显的低估,分别为38%和32%,在排除细粒子AOD(870nm)小于0.05的验证结果后。通过对偏振波段观测值敏感的气溶胶粒子粒径范围进行研究我们发现,在北京和坎普尔各个季节,偏振信号都只对粒子半径小于0.35μm的气溶胶粒子敏感。在地表偏振模型对反演结果引入的误差分析中,我们发现在北京和坎普尔冬季,地表模型引入的误差明显大于其他季节。在北京各个季节,AOD的反演结果比坎普尔的对应季节要差,虽然粗粒子的削弱影响要偏小,但是地表模型引入的误差要明显偏大。
为了利用卫星数据更好的反演粗细混合型的城市气溶胶特性,我们利用PARASOL数据提出了基于地表反射率波谱形状不变性原理的气溶胶反演方法。该方法在北京地区的反演实例与AERONET观测结果的对比证明了该方法的有效性。对比结果的斜率和相关性分别为0.986和0.927,Gfrac(fraction of accurateretrievals)为82%。通过对反演精度的分析发现,反演精度很大程度上依赖数据的质量,在数据质量因子小于0.75时反演精度明显偏低。另一个影响反演精度的要素是实际的气溶胶模式与预设气溶胶模式库中的气溶胶模式之间的差别。验证结果显示在冬季的反演精度偏低,主要是由于冬季基于偏振波段的反演结果不稳定造成的。在春夏季由于粗粒子对偏振信号的削弱作用引起的反演精度偏低在本文中并没有发现。