大气环境遥感ppt课件.ppt
大气气溶胶影响能见度,名古屋,汉城,北京,巴黎,气态前体物及直排颗粒物 SO2,NO2,CO,EC,Soil dust,Ozone,VOC etc.,大气中严重的“灰霾”,广州 11月2日,广州 2003年 11月3日,严重的灰霾天气,广州 11月3日,2003年11月下旬重灰霾污染事件（10.31-11.3）,北京城近郊区多能见度（KM）分布图,城市混浊岛,1 大气环境遥感监测原理,大气的成分及分布,大气的成分：多种气体组成的干洁空气、水汽及悬浮的气溶胶颗粒组成的。,通常把除水汽以外的纯净大气称为干洁大气（干空气）。主要成分为N2、O2、Ar及CO2,占了空气体积的99.966%以上。另外还有一些微量成分如H2、CH4、SO2等。,1.干洁空气,水汽在大气中所占的比例很小,仅0.1%-3%,却是大气中最活跃的成分。水对于地球上生命的意义以及水在地球大气条件下存在的三相变化,使水汽不同于其他微量气体而更具有重要性.,.水汽,大气的成分及分布,固体和液体小质点分散并悬浮在气体介质中形成的胶体分散体系。常见的雾、烟、霭、霾、微尘和烟尘等，都是天然的或人为的原因造成的大气气溶胶。来源：天然源：风吹细尘/微尘、海水溅沫蒸发形成微粒、火山爆发散落物、森林燃烧烟尘人为源：燃料燃烧、交通运输、工业排放等烟尘,3.大气气溶胶（气体分散体系）,大气环境遥感原理,太阳辐射进入地球之前必须通过大气层，由于大气对太阳辐射具有吸收、散射和透射等作用，所以使得太阳辐射到达地面的能量不断衰减,大气对太阳辐射的作用？,大气环境遥感原理,通过大气而较少被反射、吸收或散射的透射率较高的电磁辐射波段，就被称为是大气窗口。,太阳电磁辐射经过大气的各种衰减，到达地面后的比例很小，达到地面的能量仅占入射总能量的31%。,大气环境遥感原理,大气散射：,在大气中，除直达光以外还有散射光，叫天空光（Skylight），或者天空辐射（Sky radiation)，或者散射辐射（Diffuse radiation).它是由于大气分子及大气中气溶胶的影响而造成的太阳光的散射。,大气对太阳辐射具有吸收、散射和透射等作用,大气环境遥感原理,大气散射：电磁辐射在传播过程中遇到小微粒而使传播方向改变，并向各个方向散开。,大气散射和大气吸收的异同点？,相同点：原传播方向的辐射强度减弱,吸收作用使辐射能量转变为分子的内能，从而引起这些波段太阳辐射强度的衰减,散射：使原传播方向的辐射强度减弱，增加向其他方向的辐射,散射改变了太阳辐射的方向，但是并不改变太阳辐射的强度,1 选择性散射散射强度与波长有关,瑞利（Rayleigh）散射,米氏（Mie）散射,大气环境遥感原理,大气散射,瑞利散射,引起这种散射的粒子主要是大气中的原子和分子,发生的条件：大气中粒子的直径比波长小的多（d）,散射特点：散射强度与波长的4次方成反比,在可见光和近红外中，瑞利散射更容易影响？,根据这个散射特点，瑞利散射主要影响可见光（波长越长，散射越弱）,大气环境遥感原理,米氏散射,引起这种散射的粒子主要是大气中烟、尘埃、小水滴及气溶胶,米氏散射：大气中粒子的直径与辐射的波长相当时（d）,散射特点：散射强度与波长的2次方成反比，,大气环境遥感原理,2）无选择性散射散射强度与波长无关,引起这种散射的粒子主要是大气云雾等,无选择性散射：大气中粒子的直径比波长大得多时发生的散射（d）,散射特点：散射强度与波长无关,为什么我们看到的云和雾是白色、灰白色？,大气环境遥感原理,无选择性散射发生的条件？散射的特点？引起这种散射的大气成分？,大气散射,2 大气遥感应用气溶胶监测,当前气溶胶光学厚度监测的方法主要有地基遥感和卫星遥感。,气溶胶粒子经过对入射辐射的散射和吸收作用，使入射辐射的性质及强度发生了变化。通过测量入射辐射性质的变化便可以反演气溶胶粒子的特性，这是遥感气溶胶的基本原理。,遥感监测气溶胶的基本原理：,大气遥感应用气溶胶监测,地基探测的方法有很多,应用一：气溶胶的监测,主要有太阳辐射计、粒子计数器等方法。,地基探测方法可以准确提供当地气溶胶信息,地基测定方法受到人力物力的限制，探测范围较小，并且在广大的海洋、沙漠等无人区域难以进行，也不能获得大范围的气溶胶时空分布变化,思考：地基探测方法的优缺点？,大气遥感应用气溶胶监测,卫星遥感弥补了一般地面观测难以反映空间具体分布和变化趋向的不足，为人们全天候、实时了解大范围的气溶胶变化提供了可能,但是由于遥感方法对于光学厚度反演过程中源于地表反照率和气溶胶模型带来的误差难以估计，因此卫星遥感需要同时有地面遥感观测进行对比与校正,大气遥感应用气溶胶监测,卫星遥感气溶胶，必须从卫星遥感的辐射值中区分出哪些来自下垫面反射，多少是气溶胶的多次散射值,在晴空的条件下，卫星上探测到的辐射由下垫面反射的太阳辐射透过气溶胶部分与气溶胶多次散射返回太空的部分组成,卫星遥感气溶胶的研究始于七十年代中期,在晴空的条件下，卫星上探测到的辐射由几部分组成？,大气遥感应用气溶胶监测,大陆型气溶胶光学厚度反演方法暗像元法,陆地上空遥感气溶胶的最大困难是地表反射辐射的扣除问题？,如果要是亮背景（地表反射率比较大），地表反射辐射的扣除就比较困难,如果地表反射比较低，在遥感影像上表现为暗背景，,如果下垫面没有反射率（如反射率小于10%），这样是不是基本上不需要扣除下垫面背景辐射的影响问题？也就是说卫星遥感的辐射值就是大气中气溶胶的多次散射辐射值？,大气遥感应用气溶胶监测,陆地上的稠密植被、湿土壤及水体覆盖区在可见光波段反射率很低，在卫星图像上称为暗像元,大陆型气溶胶光学厚度反演方法暗像元法,模拟及观测研究表明，在晴空无云的暗像元上空，卫星观测反射率随大气气溶胶光学厚度单调增加，利用这种关系反演大气气溶胶光学厚度的算法，称为暗像元方法。,水体在整个可见光和近红外区的地表反射率都很低，浓密植被在红波段(0.6-0.7m)和蓝波段(0.4-0.5m)的反射率也非常低,大气遥感应用气溶胶监测,大陆型气溶胶光学厚度反演方法暗像元法,暗像元方法利用大多数陆地表面在红（0.60-0.68m）和蓝（0.40-0.48m）波段反射率低的特性，根据植被指数（NDVI）或中红外通道（2.12m）反射率进行暗像元识别，并依据一定的关系假定这些暗像元在可见光红或蓝通道的地表反射率，反演气溶胶光学厚度。,大气遥感应用气溶胶监测,步骤,大陆型气溶胶光学厚度反演方法暗像元法,气溶胶对空间观测辐射的影响随波长增加而递减，到中红外波段气溶胶对观测辐射的影响要比可见光波段小得多,第一步：选取暗像元，确定其地表反射率,在陆地上，有茂密植被覆盖的地区，2.12m通道卫星观测表观反射率几乎不受气溶胶的影响。,可以用2.12m通道的表观反射率代替2.12m通道的地表反射率，确定可见光红通道和蓝通道地表反射率,气溶胶监测,步骤,大陆型气溶胶光学厚度反演方法暗像元法,Kaufman Y J et al发现对于陆地上的暗地表（浓密植被或黑土），红（0.66m）、蓝（0.47m）和中红外（2.12m）通道地表反射率存在着线性关系：,第一步：选取暗像元，确定其地表反射率,第二步：根据当地的气候和气象资料以及周围地区的地面状况选择气溶胶模式。,第三步：对各个暗像元，分别利用蓝光，红光波段的反射率计算550nm的气溶胶光学厚度。,
