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基于高分五号卫星DPC和AERONET站点数据的地表BPDF模型对比分析

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光学学报 2022年第18期42卷 138-146页

作者：提汝芳樊依哲黄红莲刘晓孙晓兵洪津刘淑芬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通用光学定标与表征技术重点实验室安徽合肥230031 中国科学技术大学安徽合肥230026 合肥市农业行业首席专家工作室安徽合肥230031 山东省泰安生态环境监测中心山东泰安271018

大气气溶胶卫星偏振遥感探测中,地表偏振反射率估计是最重要的不确定因素之一,是气溶胶反演过程中地气解耦的重要环节。基于高分五号卫星大气气溶胶多角度偏振探测仪(DPC)近红外波段865 nm的多角度偏振观测数据,利用全球地基气溶胶监测... 详细信息

大气气溶胶卫星偏振遥感探测中,地表偏振反射率估计是最重要的不确定因素之一,是气溶胶反演过程中地气解耦的重要环节。基于高分五号卫星大气气溶胶多角度偏振探测仪(DPC)近红外波段865 nm的多角度偏振观测数据,利用全球地基气溶胶监测网(AERONET)站点的气溶胶产品AOD L2.0与DPC数据进行时空匹配,筛选气溶胶光学厚度(AOD)低值数据,以减小气溶胶的影响,获取地表多角度偏振反射率数据。针对8种典型地表类型,基于DPC多角度偏振数据定量比较分析了Nadal-Bréon模型、Waquet模型、Maignan模型、Litvinov模型和Xie-Cheng模型5个半经验地表双向偏振反射分布函数(BPDF)模型的性能。研究结果表明,Litvinov模型和Nadal-Bréon模型所得的结果与实测数据可以较好地吻合,两个模型与DPC实测数据的相关性系数均值分别为0.958和0.952,均方根误差均值分别为0.202%和0.223%。研究结果为基于DPC数据估算地表偏振反射率提供了BPDF模型参考,为利用DPC多角度偏振数据反演气溶胶参数等应用提供了先验数据支持。

关键词：遥感多角度偏振探测仪双向偏振反射分布函数模型地表偏振反射率

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海洋上空云多角度偏振辐射阈值检测方法研究

大气与环境光学学报 2021年第3期16卷 247-255页

作者：王佳佳孙晓兵提汝芳余海啸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 中国科学技术大学安徽合肥230026

云是海洋遥感的一项重要研究内容,云检测精度对于海洋上空云微物理特性的反演和海洋水体观测具有重要意义。以高分五号卫星搭载的大气气溶胶多角度偏振探测仪(Directional polarimetric camera,DPC)在轨成像数据为研究对象,提出了一种... 详细信息

云是海洋遥感的一项重要研究内容,云检测精度对于海洋上空云微物理特性的反演和海洋水体观测具有重要意义。以高分五号卫星搭载的大气气溶胶多角度偏振探测仪(Directional polarimetric camera,DPC)在轨成像数据为研究对象,提出了一种基于多角度偏振辐射信息的海洋上空云检测方法。首先用耀光角判别法区分出海洋耀光区域和非耀光区域,然后利用多角度偏振信息对耀光区域进行云检测,并基于反射率阈值、可见近红外反射率比值和偏振信息检验等方法对非耀光像元进行云检测。以印度洋和大西洋海域为例,基于DPC数据进行了海洋上空云检测,经过时空匹配后,其结果与MODIS(Moderate-resolution imaging spectroradiometer)云掩膜数据一致性分别为91.39%和94.73%。此外,用法国POLDER3(Polarization and directionality of the earth′s reflectances)数据验证了文中算法的有效性,将云检测结果和POLDER3官方云检测产品对比,一致性达到90.40%。文中提出的多角度偏振辐射阈值云检测算法,可为卫星观测的海洋上空云特性研究和海洋水体观测提供有效云检测数据。

关键词：云检测多角度偏振探测仪海洋耀光多角度偏振辐射阈值

基于DPC的中国部分区域陆地气溶胶光学厚度反演

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大气与环境光学学报 2021年第3期16卷 239-246页

作者：提汝芳黄红莲刘晓樊依哲王佳佳孙晓兵洪津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 中国科学技术大学安徽合肥230026

大气气溶胶是气候变化与遥感定量化等的重要影响因素,研究气溶胶光学特性具有重要意义。基于高分五号卫星搭载的大气气溶胶多角度偏振探测仪(Directional polarimetric camera,DPC)过境中国区域的数据,开展了气溶胶光学厚度的反演研究... 详细信息

大气气溶胶是气候变化与遥感定量化等的重要影响因素,研究气溶胶光学特性具有重要意义。基于高分五号卫星搭载的大气气溶胶多角度偏振探测仪(Directional polarimetric camera,DPC)过境中国区域的数据,开展了气溶胶光学厚度的反演研究。基于矢量辐射传输模型6SV计算构建气溶胶光学特性查找表,采用Ross-Li地表BRDF模型和半经验NB模型计算地表贡献,利用标量与偏振的多角度信息和查找表方法,反演气溶胶光学厚度。DPC气溶胶光学厚度反演结果与中国区域的AERONET地面站点测量结果吻合性较好,线性拟合度较高,相关性系数大于0.8,验证了算法的可靠性,为DPC有效监测气溶胶的时空分布提供技术支持。

关键词：多角度偏振探测仪反演气溶胶光学厚度

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基于多角度偏振数据的云参数反演研究

基于多角度偏振数据的云参数反演研究

作者：常钰阳中国科学技术大学

学位级别：硕士

云是由水汽凝结而成的悬浮于大气中的细小水滴或冰晶组成的可见聚合体。云的辐射强迫对地气系统的辐射收支起着重要影响,准确获取云的光学和微物理特性及其时空分布对于研究全球气候变化有重要意义。卫星遥感因其覆盖范围广和连续观测... 详细信息

云是由水汽凝结而成的悬浮于大气中的细小水滴或冰晶组成的可见聚合体。云的辐射强迫对地气系统的辐射收支起着重要影响,准确获取云的光学和微物理特性及其时空分布对于研究全球气候变化有重要意义。卫星遥感因其覆盖范围广和连续观测的特点,是全球云观测的有效手段。中国科学院安徽光学精密机械研究所研制的首台星载多角度偏振探测仪（Directional Polarimetric Camera,DPC）于 201 8 年 5 月搭载高分计划专项卫星 GF-5发射升空,是国内首台具备业务化多光谱多角度偏振探测能力的星载遥感器。利用DPC多角度偏振数据进行云参数反演研究,对于了解云的光学和微物理特性对辐射平衡的影响以及发展DPC业务化云特性产品有着重要意义。基于此,对如何准确获取表征云特性的三个重要参数——云掩模、云相态和云光学厚度进行了以下研究:1.云掩模算法研究云掩模算法用于获取云像元和晴空像元的相对分布,即云掩模。云掩模是计算区域云覆盖率以及对云展开进一步研究的基础。利用DPC 670nm、865nm反射率和490nm偏振反射率发展了云掩模算法并完成算法验证。将算法应用于DPC数据,获取了 DPC观测区域的云掩模,并将其与Meteosat卫星产品进行对比,验证了所获取云掩模的可靠性。2.云相态算法研究云相态是云的重要特性之一,会影响云的光学和微物理特性,进而影响局地辐射强迫和辐射平衡。利用水云和冰云865nm偏振特性的差异发展了云相态算法并完成算法验证。将算法应用于DPC数据,获取了 DPC观测区域的云相态,并将其与MODIS产品进行对比,验证了所获取云相态的可靠性。3.云光学厚度算法研究云光学厚度反映了云的消光能力,取决于云自身的多种特性,是辐射强迫的重要指标。分析了云光学厚度反演的不确定度。在云掩模和云相态的基础上,设计了基于查找表的云光学厚度算法并完成算法验证。将算法应用于DPC数据,反演了 DPC观测区域云在670nm和865nm的光学厚度,并将其与MODIS产品进行对比,验证了所获取光学厚度的可靠性。本文的研究可为发展DPC业务化云特性产品提供算法支持。

关键词：多角度偏振探测仪云掩模云相态云光学厚度