针对结合星地观测与模型定量模拟消光性气溶胶光学特性及黑碳质量空间分布这一热点问题，利用TROPOMI卫星紫外波段观测数据与AERONET地基观测数据，基于“核-壳”假设下的米散射模型提出了一种准确量化黑碳气溶胶质量空间分布的模拟方法，并对北京、香港、首尔三个站点的模拟结果进行分析与验证。多源数据约束后米散射模型模拟得到的结果显示：北京的吸收系数在0.04~0.13之间，香港的吸收系数整体小于0.08，首尔的吸收系数介于0.02~0.06之间。计算得到的黑碳气溶胶柱内质量空间分布结果显示：北京站黑碳气溶胶柱内质量在200~600 kg/grid之间，香港站黑碳气溶胶柱内质量在180~650 kg/grid之间，首尔站黑碳气溶胶柱内质量在300 kg/grid以下。结合卡尔曼滤波排放清单与一阶箱模型对黑碳气溶胶柱内质量结果进行间接验证，计算得到的黑碳气溶胶生命周期为1~4 d不等，符合其在大气中的真实状态，说明结果具有一定可靠性。通过对比加入TROPOMI紫外波段卫星观测数据前后对模型进行约束得到的粒径分布及吸收系数结果的差异发现：加入紫外波段观测数据对模拟结果具有一定增强作用。所提方法模拟结果良好，方案具有一定应用潜力。

使用气溶胶自动观测网（AERONET）东沙站的长期观测资料，初步建立逐月的南海东沙海域气溶胶光学特性模型。长期观测数据表明，东沙海域气溶胶光学厚度（AOD）基本低于0.5，春秋两季达到峰值，夏季最低。气溶胶粒子的有效半径在春秋两季较小，其余月份在0.5 μm左右。使用三模态对数正态函数拟合区域气溶胶粒径谱，得到细模态半径为0.1 μm，中间模态半径为0.28 μm，粗模态半径为2.2 μm。基于多波段AOD观测数据，评估该模型计算所得AOD光谱和透过率误差，可见和近红外波段透过率的均方根误差（RMSE）为1%~2%，AOD的RMSE为0.01~0.03。结果表明，所建气溶胶模型可以准确描述东沙海域的气溶胶光学特性，满足工程计算的精度要求。

为了弥补地基观测气溶胶光学厚度(Aerosol Optical Depth, AOD)范围受限等缺点, 通过卫星影像反演AOD的方法逐渐兴起, 而简化气溶胶反演算法(Simplified Aerosol Retrieval Algorithm, SARA)与传统反演方法相比更具普适性。为进一步提升精度, 提出了一种非线性最优化的中分辨率成像光谱仪(Moderate-resolution Imaging Spectroradiometer, MODIS)气溶胶多参数反演方法。该方法以SARA反演的AOD为初始值, 对AOD、单次散射反照率(Single Scattering Albedo, SSA)(ω)、不对称性因子(Asymmetric Factor, ASY)(g)、地表反射率拟合参数(ρ′s=k*ρs+b)同时优化, 以期得到最优解。结果表明, 同等条件下, 非线性最优化方法明显优于SARA。单点精度验证结果与全球气溶胶自动观测网(Aerosol Robotic Network, AERONET)相比, 非线性最优化方法的相关系数为0.8118, 优于SARA的0.2624。与官方气溶胶产品(MOD04)相比, 7月6日非线性最优化方法的相关系数为0.7612, 优于SARA的0.5916; 5月3日非线性最优化方法的相关系数为0.9036, 优于SARA的0.8788。

大气气溶胶是影响城市环境空气质量的重要因素, 同时对人类健康具有重要影响。 传统的气溶胶遥感反演方法多适用于海洋及植被等地表反射率较低的区域, 对于城市等高亮地表区域, 地表反射率较高且难以确定, 气溶胶反演面临巨大挑战。 针对该问题, 提出一种新的地表反射率的确定方法, 将下垫面划分为暗地表和亮地表两种类型, 分别使用可见光与短波红外的线性关系和利用长时间序列MODIS表现反射率数据使用最小值合成技术构建先验数据集的方法, 确定其地表反射率, 然后基于辐射传输方程理论利用查找表方法, 进行气溶胶光学厚度反演。 选择下垫面复杂、 空气污染问题严重的北京市作为研究区, 应用MODIS数据进行气溶胶反演实验, 最后使用北京站、 香河站、 北京CAMS站和北京RADI站4个AERONET气溶胶地基观测数据和MODIS气溶胶产品对反演结果进行对比验证。 结果表明该算法气溶胶反演结果与地基观测数据具有较高的一致性(R2=0.902), 能以较高精度实现城市等高反射率地区的气溶胶反演, 反演精度与空间连续性上较MOD04有显著提高。

准确获取气溶胶光学厚度对于气候变化研究和大气环境监测具有重要意义,卫星反演气溶胶光学厚度的产品较多,开展不同气溶胶光学厚度产品间 的对比研究,可为用户选择适合的气溶胶光学厚度产品提供重要依据。应用地基气溶胶观测网AERONET提供的气溶胶光学厚度数据,分析了MODIS气 溶胶产品对中国区域四种典型下垫面的适用性。通过对比发现：在中国区域,城郊、森林、湖泊下垫面气溶胶光学厚度反演算法中第六版本最优, 城市下垫面气溶胶光学厚度反演算法中第五版本最好。研究结论可为中国区域的MODIS气溶胶产品选择提供参考。

AVHRR陆地气溶胶光学厚度(AOD)反演算法的开发对研究长时间气溶胶的变化规律有重要意义。通过建立AVHRR Level 1b的观测量与同时进行观 测的MODIS的AOD产品的对应关系,利用多元回归的数学算法进行AVHRR陆地AOD的反演。以2008～2011年两者的匹配数据作为回归样本获得多 元回归系数,再应用到2003～2007年中国陆地地区AVHRR的观测上得到了AOD的时空分布,结果表明其空间分布特征与MODIS一致。将反演结 果与同期的Aqua/MODIS 及AERONET的AOD对比分析得到, AVHRR和MODIS的AOD的变化趋势具有很好的一致性。北京、香河等AERONET的观测 值与AVHRR反演的AOD相关系数也在0.6以上。以上结果表明,此多元回归方法对历史AVHRR陆地AOD数据集的反演具有巨大潜力。

基于中分辨率成像光谱辐射仪第15和16两个近红外通道的反射率数据和空间几何角度参量, 利用Junge谱近似实际大气气溶胶模型, 采用一种物理迭代法, 同时反演了中国近海海洋上空气溶胶光学厚度和Junge谱指数, 并对反演方法进行了验证.结果表明:在所研究的海域上空，大部分气溶胶的光学厚度处于0.02～0.17间, Junge谱指数的范围集中在2.8～3.8间, 且都有从海岸到远海递减的趋势, 得到了合理的气溶胶Junge谱指数与气溶胶光学厚度的空间分布.将反演结果与中分辨率成像光谱辐射仪产品和气溶胶观测网数据作对比, 发现反演结果更加逼近气溶胶观测网数据的观测值, 具有更高的反演准确度, 在该区域具有较好的适用性,以及一定的可行性与可靠性.

气溶胶光学模型参数在气溶胶遥感和气候强迫研究中都具有重要的作用。通过对全球近90个气溶胶自动观测网（AERONET）的海洋站点数据进行筛选、分类和分析，发现了气溶胶模型的中值半径及其标准偏差间的负相关性，并给出了经验关系。利用该关系对现行中分辩率成像光谱仪(MODIS)海洋气溶胶模型进行了评估，并指出了该模型存在的不足。