山东科技大学测绘与空间信息学院，山东 青岛 266590
传统气溶胶反演方法通常先基于模型假设确定地表反射率，但反演结果会受到假设的影响；而深度学习方法基于数据驱动，能在气溶胶定量反演中得到更加准确、高效的结果，但模型训练需要充足的优质样本数据支持。为此，使用大气辐射传输模型构建模拟样本，支持深度学习方法实现气溶胶定量反演，旨在解决当前训练数据代表性不足、数据获取困难的问题。利用辐射传输模型模拟不同参数条件下传感器获得的辐射信息，考虑概率组合及筛选标准限制进行模拟数据构建，并使用深度置信网络（DBN）对模拟样本进行训练，获得气溶胶反演模型。将模型应用于Landsat-8数据，在中国北京地区开展气溶胶反演实验。最后使用AERONET地面站点的实测数据对反演结果进行精度验证。验证结果表明，模型估算的气溶胶与站点测量值吻合良好，相关系数为0.8989，均方根误差为0.1029，约74.05%的估算值在误差标准内。本文提供了一种基于辐射传输方程构建样本数据集的思路，可减少样本质量与数量导致的局限性，实现深度学习方法对气溶胶光学厚度的高精度反演。
气溶胶光学厚度 辐射传输方程 Landsat-8卫星 深度置信网络 光学学报
2023, 43(24): 2401006
1 河南理工大学测绘与国土信息工程学院, 河南 焦作 454000
2 中国矿业大学环境与测绘学院, 江苏 徐州 221116
3 安徽师范大学地理与旅游学院, 安徽 芜湖 241000
山区复杂的地形特征会导致地表反射率估算误差增加，降低地气解耦精度，进而影响气溶胶反演精度。当前应用较广泛的反演方法有基于波段关系估算地表反射的暗目标算法 (DT)、基于区域地表反射率库的深蓝算法 (DB) 和基于双向反射分布函数 (BRDF)、双向偏振分布函数 (BPDF) 模型估算地表反射率的GRASP (Generalized retrieval of atmosphere and surface properties) 算法。为探究适合山区气溶胶遥感的地气解耦方法，利用地面气溶胶自动观测网 (AERONET) 气溶胶产品 (AOD_A) 对比分析了2005年至2013年间POLDER-3 (Polarization and directionality of the earth's reflectances) 的GRASP气溶胶产品 (AOD_G)、中等分辨率成像光谱仪 (MODIS) 的DT气溶胶产品 (AOD_DT) 和DB气溶胶产品 (AOD_DB) 在中国区域的精度。结果显示，非山区站点处AOD_G与AOD_A整体相关性最高 (R = 0.921)，AOD_DT和AOD_DB总体精度差异不大，但山区AOD_G高于期望误差的比例达79.87%，AOD_DT和AOD_DB高估程度分别增加了近30%和20%。在河北兴隆和兰州大学半干旱气候与环境观测站 (SACOL) 两个山区站点分季节验证显示，植被覆盖度低的秋冬季节三种卫星产品精度均存在下降趋势，表明除去地表植被对反射率的影响后，山区地形影响了地气解耦精度。进一步分析显示，山区起伏地形对基于BRDF、BPDF模型的地气解耦方法影响较大；在山区等起伏地表上空，多角度观测的地表波段关系更有利于精确估算地表反射，而在城区BRDF、BPDF模型与波段关系估算地表反射的误差水平接近。研究结果为进一步优化多角度观测 (如高分五号DPC) 的山区气溶胶反演算法提供了新的方向。
山区 多角度偏振 气溶胶光学厚度 地气解耦 mountainous areas multi-angle polarization aerosol optical depth land-atmospheric decoupling 大气与环境光学学报
2023, 18(4): 339
1 河南理工大学测绘与国土信息工程学院, 河南 焦作 454003
2 中国科学院空天信息创新研究院国家环境保护卫星遥感重点实验室, 北京 100101
3 中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所, 安徽 合肥 230031
4 安徽师范大学地理与旅游学院, 安徽 芜湖 241000
大气细粒子气溶胶主要来源于人类生产生活排放，可以反映人为活动对大气的影响，因此细粒子气溶胶光学厚度 (AODf) 是大气环境领域重要的基础大气参数之一。本研究基于查找表反演方法，利用高光谱观测卫星［GF-5 (02)] 多角度偏振成像仪 (DPC) 数据，得到2022年春季 (3―5月) 的全球陆表AODf，并通过AERONET对反演结果进行了初步验证。对AODf的分析结果表明：1) 全球陆表AODf分布呈现明显的南北差异，南半球基本为低值，北半球的高值区域主要集中在亚洲地区；2) 中国地区陆表AODf在“胡焕庸线”两侧差别显著，东南侧的高值主要集中在川渝腹地、华北平原和两广地区，而西北侧基本表现为低值覆盖，人为和自然因素均对AODf的分布有一定的影响；3) 南亚地区和非洲中-北部的AODf分布与当地燃烧活动产生的烟尘以及季风环流等因素有一定的相关性。此外，DPC的AODf数据与MODIS细粒子产品的对比结果表明二者的AODf高值区域分布基本一致，而DPC在高亮地表有着更为完整的反演结果，可以为全球和重点区域的大气环境监测提供支持。
高分五号02星 细粒子气溶胶光学厚度 偏振反演 空间分布 人为活动 Gaofen-5(02) fine-mode aerosol optical depth polarization-oriented inversion spatial distribution anthropogenic emission 大气与环境光学学报
2023, 18(4): 323
1 青岛地质工程勘察院（青岛地质勘查开发局），山东 青岛 266101
2 自然资源部滨海城市地下空间地质安全重点实验室，山东 青岛 266101
3 青岛市勘察测绘研究院，山东 青岛 266033
本文基于我国东部沿海岸线分布的Beijing-RADI、Beijing-CAMS、Xuzhou-CUMT、Taihu、Hong_Kong_PolyU、Hong_Kong_Sheung六个AERONET长期观测站点的光学厚度（AOD）、Angstrom指数（AE）、单次散射反照率（SSA）、细粒子百分比（FMF）四种气溶胶的物理光学特性观测产品，结合Terra/Aqua MODIS Level2 C6 AOD产品，研究了我国东部地区气溶胶时空变化特性及类型特性。研究表明：1）北京、徐州、太湖、香港四个地区地基的AOD年均值徐州太湖北京香港，依次为0.805±0.129、0.775±0.069、0.664±0.197、0.519±0.125；2）在AERONET站点处，MODIS AOD年均值检测值太湖徐州香港北京，依次为0.902±0.227、0.772±0.082、0.547±0.064、0.517±0.234，与地基检测值依次相差22.2%、4.1%、5.5%、16.3%；3）AE年均值香港太湖徐州北京，依次为1.314±0.054、1.213±0.084、1.198±0.104、1.118±0.078，表明中国东部地区污染物的粒径从北往南逐渐减小；4）北京、徐州、太湖、香港四个地区均以弱吸收型细粒子所占比重最大，依次为38.29%、44.99%、44.30%、48.14%，中度吸收型细粒子和强散射细粒子次之，其他类型的粒子均较少。
大气光学与海洋光学 气溶胶 气溶胶光学厚度 Angstrom指数 单次散射反照率 细粒子百分比 激光与光电子学进展
2023, 60(15): 1501001
1 中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所, 中国科学院通用光学定标与表征重点实验室,安徽 合肥 230031
2 中国科学技术大学, 安徽 合肥 230031
针对温度效应会影响太阳光度计观测结果且温度校正系数难以获取等问题, 设计了一种基于热电制冷器 (TEC) 的全自动太阳光度计温控系统。介绍了自研全自动太阳光度计的整体设计，特别是温控系统设计, 并分析了温度对探测器响应的影响。最后对该全自动太阳光度计进行了野外测试, 在合肥地区与商用仪器CE318进行了同步观测比对, 测试结果表明全自动太阳光度计反演的气溶胶光学厚度与CE318校正后的结果一致, 偏差在0.01以内；在敦煌地区的长期测试结果表明, 在温度变化较大的长期野外观测中, 全自动太阳光度计温控系统均保持在 (25 ± 0.2) ℃内, 验证了温控系统设计的有效性和可靠性。
温控 太阳光度计 热电制冷器 气溶胶光学厚度 温度校正 temperature control sun photometer thermos-electric cooling aerosol optical depth temperature correction
1 中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所基础科学研究中心, 安徽 合肥 230031
2 中国科学技术大学, 安徽 合肥 230026
3 中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所, 中国科学院通用光学定标与表征技术重点实验室,安徽 合肥 230031
4 皖西学院电气与光电工程学院, 安徽 六安 237012
5 安徽建筑大学电子信息工程学院, 安徽 合肥 230601
为丰富整层大气气溶胶光学厚度测量手段，提出了一种综合微脉冲激光雷达与地面能见度测量数据的探测方法。该方法首先利用激光雷达数据反演得到气溶胶垂直消光系数廓线，据此计算出气溶胶标高；再利用能见度和消光系数的关系得到近地面水平方向的消光系数；最后，将近地面消光系数和标高结合，从而得到整层大气气溶胶光学厚度。将该方法应用于合肥地区，成功得到该地区整层大气气溶胶光学厚度的昼夜变化趋势，验证了该方法的可适应性。
气溶胶光学厚度 气溶胶标高 激光雷达 能见度 aerosol optical depth aerosol scale height lidar visibility 光子学报
2022, 51(12): 1212004
中国海洋大学信息科学与工程学部海洋技术学院, 山东 青岛 266100
为了解亚北极太平洋大气对海洋的长期影响, 利用 2003-2018 年 MODIS 卫星遥感数据, 对部分区域 (40° N～50° N, 160° E～160° W) 进行研究。将研究区域按照经度每 10° 划分为 4 个子域进行比较研究, 分析了各区域气溶胶光学厚度 (AOD) 和海洋净初级生产力 (NPP) 的变化特征及相关性。结果表明各区域 AOD 及 NPP 均具有年际周期性, AOD 于 7 月达到峰值, NPP 于 8、9 月达到峰值, 且二者均存在明显的自西向东递减趋势。根据时滞相关性分析发现, 各区域 AOD 均与滞后 1～2 个月的 NPP 有较强相关性, 自西向东四个研究子域的最高 Pearson 相关系数分别为 0.75、0.84、0.79、0.74。利用 7 月 AOD 峰值对气溶胶进行分类, 发现沙尘为影响该区域 NPP 的重要气溶胶类型。对各区域的海表温度 (SST) 和光合有效辐射 (PAR) 的研究发现, 二者均无明显的自西向东变化趋势, 较好地排除了这两种因素对 NPP 自西向东趋势的影响。
亚北极太平洋 气溶胶光学厚度 海洋净初级生产力 中分辨率成像光谱仪 相关性分析 subarctic Pacific aerosol optical depth net primary productivity moderate-resolution imaging spectroradiometer correlation analysis 大气与环境光学学报
2022, 17(5): 558
武汉科技大学城市建设学院, 湖北 武汉 430065
利用CALIPSO卫星提供的2级气溶胶层产品,通过统计分析多个气溶胶光学特性参数,研究2009—2018年全球范围典型区域内气溶胶光学特性的空间分布特性及其季节属性。结果表明:沙特阿拉伯和印度的气溶胶光学厚度(AOD)月均值呈单峰型,在6月到7月达到峰值;中国和非洲中部的AOD月均值变化为双峰型,最值出现在4月到6月和12月到次年1月。粒子退偏振比(PDR)和粒子色比(CR)的区域差异性为巴西地区颗粒物不规则程度最大,PDR值为0.5~0.7;中国、印度和印度尼西亚等地则主要以细模态粒子为主,CR值为0.1~0.2。在DJF和MAM时期,以沙特地区颗粒物非球形趋势最强,在JJA和SON时期,以沙特和非洲中部颗粒物粒径最大,CR值变化范围为0.756~0.829。各地区气溶胶粒子非规则程度均呈增强趋势,趋势系数变化范围为0.01~0.025,以巴西增强趋势最明显,粒子粒径则表现为弱下降趋势。
遥感 全球范围 气溶胶光学厚度 CALIPSO卫星 退偏振比 色比 激光与光电子学进展
2021, 58(24): 2428002
