北京地区Landsat8OLI高空间分辨率气溶胶光学厚度反演-遥感学报.DOC

北京地区Landsat 8 OLI 高分辨率气溶胶光学厚度反演 田信鹏12,孙林3,刘强12,李秀红1 1. 北京师范大学 全球变化与地球系统科学研究院, 北京 100875;. 全球变化与中国绿色发展协同创新中心，北京1008753. 山东科技大学 测绘科学与工程学院, 摘 要：卫星气溶胶光学厚度（AOD）反演中，传统暗目标方法在反射率较低的水体、浓密植被覆盖区域取得了较好效果，在反射率较高且结构复杂的高反射地表上空目前多采用深蓝算法，但空间分辨率较低对细节分布描述性较差。为解决这一问题，本文以五年（2008-2012）长时间序列MODIS地表反射率产品为基础，采用最小值合成法建立500 m分辨率逐月地表反射率产品数据集，并利用地物波谱库中典型地物波谱数据，分析建立MODIS与Landsat 8 OLI传感器蓝光波段反射率转换模型。利用北京地区AERONET地基观测数据确定气溶胶光学参数。依据提出的方法，反演获取了北京上空500 m分辨率的AOD分布。为验证反演算法的精度，分别将反演结果同AERONET及MODIS/Terra气溶胶产品（MOD04）进行交叉对比，同时利用相关系数R，均方根误差RMSE，平均绝对误差MAE以及MODIS AOD产品预期误差EE四个指标衡量。结果表明：算法反演获取的AOD与值具有较高的一致性，各指标分别为：R = 0.963，RMSE = 0.156，MAE = 0.097，EE = 85.3%，稍优于MOD04产品（R = 0.962，RMSE = 0.158，MAE = 0.101，EE = 75.8%），并且有效的对比点数也高于MOD04。 关键词 气溶胶, 光谱转化, 地表反射率数据库, Landsat 8 OLI, AERONET TP79/P407.4 文献标志码: A 引用格式： [DOI: ] 1 引言 气溶胶浓度变化可人们身体健康生存环境直接影响（Gent2009；Pope等，2002）并通过直接和间接辐射强迫作用，区域和全球气候变化着重要（李剑东2015；Tollefson，2010；Penner等，2004）。大气气溶胶主要来源可分为人为源和自然源，由于来源多样、组成复杂，受人类和自然活动影响显著，其辐射强迫作用仍有较大的不确定性，这也是造成目前地气总净辐射强迫估计值不准确性的主要原因（IPCC2013）。卫星遥感技术发展，使从大范围空间尺度上获取气溶胶光学特性成为可能，尤其是表征气溶胶粒子对电磁辐射消光作用的气溶胶光学厚度AOD（Aerosol Optical Depth）。目前大多数传感器的分辨率普遍偏低（NASA发布的MxD04_L2产品分辨率为km）城市等区域需要详细的AOD空间分布信息，满足环境监测分析等的应用。 目前可发布AOD产品的卫星传感器主要有：POLDER（Herman1997）；ATSR-2（North2002）；TOMS（Torres2002）；OMI（Torres2007）；GOES（Prados2007）；MERIS（Vidot2008）；AVHRR（Hauser2005）；MISR（Kahn2010）；SeaWIFS（Sayer2012）；MODIS（Levy2010）以及VIIRS（Jackson2013）等。值得注意的是，/MODIS气溶胶算法经过几十年的发展，目前已到第6版本（C6）。C6较C5在诸多方面都有较大改进，可以说是一个全新的算法版本。在C6中，针对不同区域采用不同的反演算法：1）海洋及浓密植被覆盖上空仍使用暗目标算法（Dark Target），但在云检测、瑞利散射影响、大气分子吸收及气溶胶类型确定等方面都有较大的完善和更新（Levy2013；Remer等，2013）；2）针对在可见光波段表现为高反射率特征的干旱半干旱等地区，则采用深蓝算法DB（Deep Blue）（Hsu2004，2013）该算法利用先验反射率数据库解决AOD反演中地气解耦问题。，获取更的全球AOD空间分布信息，6将两种算法”，提供新的DT/DB组合产品Levy等，2013）Hyer等（2011）和Sayer等（2013）分别在局域及全球范围内对DT、DB算法的精度进行验证分析，结果表明：DB算法在较亮地区反演结果偏高，在反射率异常低的暗地表区域结果偏低，最高质量产品中平均有72%的满足预期误差DT算法在预期误差范围的比重约为68%。 由于MxD04空间分辨率较低，其对大范围气溶胶描述具有一定意义，复杂区域有一定的局限性，例如城市。该类型区域在可见光波段较海洋及浓密植被覆盖地区具有较高的反射率，并且在可见光波段AOD一般小于0.25（Remer2008）很难从卫星传感器信号中将大气分离。因此，地表反射率的精确确定成为提高该类型区域反演精度