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大气污染定量遥感监测关键技术研究及系统设计

陈凡  
【摘要】:随着近来我国经济持续高速发展,能源消耗也急剧上升,大气污染日益加剧。因此,加大力度实施环境监测与治理刻不容缓。卫星遥感监测,是随着宇航技术的提升而发展的新型技术。其中,卫星遥感监测能够周期性、全方位覆盖地球表面,能最大化对环境的污染状况进行实时和有效的监测。气溶胶是指悬浮在大气中各种液态或固态微粒的总称,气溶胶通过吸收和散射太阳辐射来破坏大气系统的辐射收支平衡,即气溶胶对电磁波辐射有一定的消光性。大气污染的主要成分也是气溶胶固液态微粒,并且气溶胶与其他污染成分具有相似的物理化学性质。大气气溶胶光学厚度(AOD)是气溶胶最重要参数之一,作为表征大气浑浊的重要物理量,是确定气溶胶气候效应的一个关键因子。利用遥感技术研究大气污染时可以把大气认为是气溶胶,根据气溶胶的特性进行研究。本文利用新的Landsat-8卫星数据作为实验数据,其相对常用的MODIS数据而言具有更高的分辨率和更稳定的图像质量,而且Landsat-8数据波段数为9个,MODIS波段数为36个,MODIS数据的运用范围广但不适合精确研究。因此,利用Landsat-8卫星数据实施大气污染遥感监测的结果会更加精准。利用Landsat-8卫星数据作为数据源,分别采用改进DT算法和VNIR ACM算法对北京地区进行AOD反演。依据反演结果,可以计算其均方根误差(RMSE)分别为0.195和0.282,标准偏差分别为0.300和0.471,平均绝对偏差(MAD)分别为0.236和0.364。因此可以得出结论,改进DT算法比VNIR ACM算法具有更高的准确度。根据反演结果图分析,北京地区AOD分布呈现出明显的区域特征,其中AOD值高的地区主要集中在北京东南部及周边地区。此外,北京西南部和北部地区的AOD值相对较低主要是由于人类活动和交通等影响较小。最后利用AERONET站点AOD数据验证两种反演算法结果的精度,利用MOD04数据评估精度较高的改进DT算法的性能。为了更加方便有效的实现大气污染监测,本课题利用IDL语言设计并实现了AOD反演系统,该系统的构成模块包括:数据读写模块、6S模块、反演模块以及图形绘制模块。根据AOD反演实现顺序设计整体系统逻辑流程及实现流程,并详细介绍各功能模块的UI界面及布局。


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