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基于多角度偏振数据的云参数反演研究

常钰阳  
【摘要】: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。


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