大氣程輻射遙感影像與大氣環(huán)境質(zhì)量研究

1、大氣程輻射遙感影像與大氣環(huán)境質(zhì)量研究【摘要】：作為對(duì)地探測的遙感技術(shù)所獲取的遙感數(shù)據(jù)包含地面和大 氣信息，并且主要是地面信息。如何將遙感數(shù)字圖像中弱的大氣信息 與強(qiáng)的地面目標(biāo)信息分離，這一問題制約著大氣遙感和大氣環(huán)境質(zhì)量 研究與監(jiān)測定量化水平的進(jìn)一步發(fā)展。為解決這一問題，國內(nèi)外遙感專家付出了不懈的努力，取得了一些進(jìn)展。但是迄今為止，所有這些方 法基本上無一例外的都是條件苛刻的近似解，尚未從根本解決。李先 華教授在長期從事相關(guān)研究的基礎(chǔ)上，提出利用地面反射率進(jìn)行大氣 程輻射逐點(diǎn)反演計(jì)算，生成大氣程輻射遙感數(shù)字圖像的解決方案，并完 成其原理方法研究。本文正是根據(jù)這一原理方法，在生成地面反射率 圖的

2、基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了大氣程輻射遙感影像的計(jì)算機(jī)生成，并分別以ETM+和 MODIS 數(shù)據(jù)為例，分析了上海市大氣環(huán)境質(zhì)量的時(shí)空格局特 征及其影響因素，最后以大氣污染地面觀測數(shù)據(jù)（PM10 濃度）為基準(zhǔn), 對(duì)大氣環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行了評(píng)價(jià)。根據(jù)大氣程輻射反演的原理，獲取準(zhǔn)確的地面反射率是問題的關(guān)鍵，這也是本論文的核心。地面反射率與行 星反射率之間存在復(fù)雜的非線性關(guān)系，利用模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來模擬這種 非線性關(guān)系。選擇實(shí)測典型地物中反射率隨時(shí)間變化較小的地物類型 以其反射率值作為網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)樣本，對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練，然后將行星反射 率、6S 大氣校正后的反射率以及按光譜特征分類數(shù)據(jù)輸入到訓(xùn)練后 的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行模擬，仿真輸出地面反

3、射率。以上是ETM+地面反射率生成方法.對(duì)于 MODIS 的地面反射率計(jì)算則主要是依賴于 6S 的反射率yiT論女第表匸家校正結(jié)果,是對(duì)連續(xù)的校正結(jié)果進(jìn)行曲線擬合，獲得每個(gè)像元對(duì)應(yīng)的大 氣狀況最好條件下的反射率校正值，生成 MODIS 地面反射率圖。大氣 程輻射遙感影像表征了大氣質(zhì)量狀況，根據(jù)上述原理和方法，生成了上 海市ETM+和 MODIS 的大氣程輻射遙感影像。由于二者分別具有較 高的空間和時(shí)間分辨率，因此分別用來反映上海市大氣污染狀況的空 間格局和時(shí)間變化特征。結(jié)果顯示，城市和農(nóng)村的大氣環(huán)境質(zhì)量對(duì)比 還是比較鮮明。但是在城市內(nèi)部大氣環(huán)境質(zhì)量的空間變化程度要遠(yuǎn)遠(yuǎn) 高于農(nóng)村內(nèi)部的變化，這與

4、城市內(nèi)部復(fù)雜的下墊面性質(zhì)和人類活動(dòng)息 息相關(guān)。就時(shí)間變化來看，最主要的特征是，變化比較劇烈，受風(fēng)向、風(fēng) 速和外來污染源影響較大。進(jìn)一步對(duì)這種時(shí)空格局的影響因素分析揭 示,城市下墊面性質(zhì)是最主要的影響因子之一，城市內(nèi)部的綠地公園、 大型水面對(duì)大氣污染具有顯著改善作用；而工業(yè)生產(chǎn)的影響則具有顯 著的差異，老工業(yè)區(qū)，以重工業(yè)、化學(xué)工業(yè)等為主的工業(yè)區(qū)對(duì)大氣污染 具有很大貢獻(xiàn)，而以電子等新興高科技工業(yè)為主的工業(yè)區(qū)則對(duì)大氣污 染幾乎沒有影響；人口密度與大氣污染程度關(guān)系比較復(fù)雜。對(duì)不同時(shí) 間上海市大氣環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)，結(jié)果揭示上海市總體上大氣環(huán)境質(zhì) 量較好，但由于自然因素和人為因素的影響，時(shí)間差異較大。由此

5、可見, 利用完全不含地面信息、表征大氣環(huán)境質(zhì)量的大氣程輻射遙感影像進(jìn) 行大氣環(huán)境質(zhì)量分析，更能科學(xué)、定量地探測出傳統(tǒng)研究方法所不能 揭示的空間和時(shí)間上的細(xì)節(jié)特征，研究結(jié)果準(zhǔn)確,并有很高的推廣和應(yīng) 用價(jià)值?！娟P(guān)鍵詞】：大氣程輻射地面反射率遙感數(shù)字圖像解析空間分 析評(píng)價(jià)【學(xué)位授予單位】：華東師范大學(xué)【學(xué)位級(jí)別】：博士【學(xué)位授予年份】：2005【分類號(hào)】：X831;P407【目錄】：中文摘要 4-5ABSTRACT5-8 第一章引言 8-171.1 研究背景8-91.2 相關(guān)研究進(jìn)展 9-121.3 目前研究存在的問題 12-131.4 研究目標(biāo) 和內(nèi)容 13-141.5 原理、方法與技術(shù)路線 14

6、-151.6 論文整體框架 15-17 第二章上海市典型地物反射波譜特征分析 17-242.1 地物反射波譜研究意義及其劃分依據(jù) 17-182.2 人工建筑反射波譜特征分析 18-212.3 植被反射波譜特征分析 21-222.4 水體反射波譜特征分析 22-232.5 結(jié) 論 23-24第三章基于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和 6S 模型的 ETM+地面反射率圖 生成 24-413.1地面反射率圖生成方法 24-263.2 遙感影像的模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分類 26-333.36S 模型對(duì) ETM+行星反射率的大氣校正 33-363.4地面反射率反演結(jié)果 36-373.5 地面反射率的檢驗(yàn) 37-383.6 地面反射

7、 率的空間分布特征 38-403.7 本章小結(jié) 40-41 第四章上海市 ETM+大氣程輻射遙感影像計(jì)算機(jī)生成 41-534.1 大氣程輻射遙感影像生成原理41-434.2 計(jì)算機(jī)生成大氣程輻射遙感影像關(guān)鍵技術(shù)43-454.3ETM+大氣程輻射遙感影像計(jì)算結(jié)果 45-474.4 反演結(jié)果對(duì)原始遙感影像的影響 474.5 大氣程輻射遙感影像精度檢驗(yàn) 47-484.6 大氣程輻射遙感值與大氣污染觀測值的相關(guān)分析 48-514.7 大氣程輻射遙感值與地面反射率關(guān)系 51-524.8 本章小結(jié) 52-53 第五章 MODIS 大氣程輻射遙感影像 計(jì)算機(jī)生成 53-645.1MODIS 數(shù)據(jù)特點(diǎn) 535

8、.2 利用 MODIS 數(shù)據(jù)進(jìn)行大 氣污染遙感監(jiān)測的優(yōu)勢 53-545.3MODIS1B 數(shù)據(jù)的預(yù)處理 54-555.4 基 于 6S 模型的 MODIS 地面反射率的反演 55-595.5MODIS 大氣程輻射 遙感影像計(jì)算機(jī)生成 59-605.6MODIS 大氣程輻射遙感值反演結(jié)果分 析60-615.7MODIS 的大氣程輻射遙感影像與地面觀測數(shù)據(jù)的相關(guān)分 析61-625.8MODIS、ETM+大氣程輻射遙感影像對(duì)比研究 62-635.9 本 章小結(jié) 63-64 第六章基于 GIS 的上海市大氣環(huán)境質(zhì)量時(shí)空格局研究 64-816.1上海市大氣環(huán)境質(zhì)量的空間演變特征研究64-696.2 大氣程輻射遙感影像空間統(tǒng)計(jì)分析69-766.3 大氣環(huán)境質(zhì)量的時(shí)間格局研究76-806.5 本章小結(jié) 80-81 第七章大氣環(huán)境質(zhì)量時(shí)空演變特征的影響因 素分析 81-947.1 分析模式的設(shè)定 817.2 因子的選擇與數(shù)據(jù)預(yù)處理 81-827.3結(jié)果與討論 82-937.4 本章小結(jié) 93-94 第八章大氣環(huán)境質(zhì)量綜 合評(píng)價(jià)研究94-1018.1 指標(biāo)選擇與處理 94-958.2 大氣環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)的 標(biāo)準(zhǔn) 95-968.2大氣環(huán)境質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)的方法