吸收性气溶胶垂向分布对水色卫星遥感大气校正的影响

作者:宋梓庚 发布日期:2022-03-04 阅读:1273

近日,我室与河海大学联合培养的博士研究生宋梓庚在IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing上发表了题为“Effect of the Vertical Distribution of Absorbing Aerosols on the Atmospheric Correction for Satellite Ocean Color Remote Sensing”的研究论文,通讯作者为我室何贤强研究员。

吸收性气溶胶对水色卫星遥感的大气校正有着不可忽略的影响,特别是对蓝光波段和紫外波段的离水辐亮度反演会引起较大的误差。已有的吸收性气溶胶校正模型通常未考虑垂向分布变化,对其影响缺乏定量认识。本文基于辐射传输模拟,研究了吸收性气溶胶垂向分布对卫星观测大气顶(TOA)辐亮度和离水辐亮度反演(大气校正)的影响。首先,基于长时序激光雷达卫星CALIPSO观测资料统计获得了全球吸收性气溶胶(沙尘气溶胶、烟尘气溶胶)的发生频率,发现撒哈拉和阿拉伯沙漠、中国、中南部非洲和印度半岛沿海地区的年平均出现频率超过30%(图1)。其次,基于AERONET地基观测气溶胶光学特性数据,建立了一种新的气溶胶分类算法,获得海洋上空吸收性气溶胶的光学特性(图2)。


图1. 全球海域各类气溶胶年平均出现频率空间分布。(a)海洋型气溶胶; (b)沙尘气溶胶; (c)烟尘气溶胶; (d)混合型气溶胶.png

图1. 全球海域各类气溶胶年平均出现频率空间分布。(a)海洋型气溶胶; (b)沙尘气溶胶; (c)烟尘气溶胶; (d)混合型气溶胶

图2 (a)基于AERONET站点数据获得的气溶胶类型空间分布;(b)复折射指数实部;(c) 复折射指数虚部;(d)非对称因子;(e)粒径谱分布。.png

图2 (a)基于AERONET站点数据获得的气溶胶类型空间分布;(b)复折射指数实部;(c) 复折射指数虚部;(d)非对称因子;(e)粒径谱分布。

在获取吸收性气溶胶光学特性基础上,基于辐射传输模拟,研究了吸收性气溶胶垂向分布对412 nm大气顶(TOA)反射率的影响。结果表明,沙尘气溶胶垂向分布变化对TOA反射率影响可达8%(图3),与气溶胶光学厚度变化影响相当。在高斯型垂直分布假设条件下,如果不考虑吸收性气溶胶的影响,412 nm离水辐亮度可能会存在约4%-10%的误差(图4),使用指数型垂直分布和简化双层大气模型所产生的误差将会达到12% ~ 15%和30% ~ 40%。总体而言,在吸收性气溶胶情况下,不准确的垂直分布信息和气溶胶模式选择可能会导致离水辐亮度的反演不确定性达10% ~ 80%。

本研究建立的气溶胶分类算法、吸收性气溶胶光学特性模型以及垂向分布辐射模拟结果可为进一步发展强吸收性气溶胶大气校正模型奠定基础。

图3 相同光学厚度下 (AOD = 0.3),沙尘气溶胶不同均值高度引起的412 nm 大气顶反射率差异。图中圆周方向表示卫星观测-太阳相对方位角(0°~180°),半径方向为均值高度。太阳天顶角(SZA)取值为0°、30°、60°,观测天顶角(VZA)取值为0°、20°、40°和60°.png

图3 相同光学厚度下 (AOD = 0.3),沙尘气溶胶不同均值高度引起的412 nm 大气顶反射率差异。图中圆周方向表示卫星观测-太阳相对方位角(0°~180°),半径方向为均值高度。太阳天顶角(SZA)取值为0°、30°、60°,观测天顶角(VZA)取值为0°、20°、40°和60°

图4 相同光学厚度下 (AOD = 0.2),沙尘气溶胶(a~d)、城市型气溶胶(e~h)、海洋型气溶胶(i~l)不同观测天顶角引起的412 nm 离水辐亮度(经大气校正后)差异。图中圆周方向表示卫星观测-太阳相对方位角(0°~180°),半径方向为观测天顶角。太阳天顶角(SZA)取值为20°和60°,3种气溶胶垂向分布模型均采用高斯分布,Case I为中等浑浊水体,Case II为高浑浊水体.png

图4 相同光学厚度下 (AOD = 0.2),沙尘气溶胶(a~d)、城市型气溶胶(e~h)、海洋型气溶胶(i~l)不同观测天顶角引起的412 nm 离水辐亮度(经大气校正后)差异。图中圆周方向表示卫星观测-太阳相对方位角(0°~180°),半径方向为观测天顶角。太阳天顶角(SZA)取值为20°和60°,3种气溶胶垂向分布模型均采用高斯分布,Case I为中等浑浊水体,Case II为高浑浊水体

引用:

Song, Z., He, X. , Bai, Y., Wang, D., Gong, F., Zhu, Q., Li T., & Li H. Effect of the Vertical Distribution of Absorbing Aerosols on the Atmospheric Correction for Satellite Ocean Color Remote Sensing. IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, doi: 10.1109/TGRS.2022.3151219.


  • 卫星海洋环境动力学国家重点实验室

    © 2021卫星海洋环境动力学国家重点实验室 版权所有.
    浙ICP备10040255号-4   流量统计   

  • 地址:杭州市保俶北路36号
    邮编:310012
  • 总机号码:+86-571-8196 3198
    传真:+86-571-8883 9374