气溶胶多尺度定量遥感监测及其网格计算研究

论文摘要

卫星遥感气溶胶光学厚度具有重要意义。一方面，气溶胶光学厚度是遥感的定量化的基础。另一方面，基于气溶胶光学厚度的知识可以直接确定大气气溶胶的直接辐射强迫作用，通过气溶胶和云的相互作用确定气溶胶间接影响。气溶胶光学厚度也是大气污染的量化指示因子。本文以研究气溶胶卫星遥感反演方法为中心，在总结了气溶胶卫星遥感反演方法的基础上，以MODIS数据和ASTER数据为基础，展开了不同空间分辨率气溶胶反演方法的研究工作，具体研究内容包括： 1) 在前期的工作基础上，作者提出改进的SYNTAM模型——SYNTAMII，该模型充分考虑了大气水汽的吸收和臭氧、混合气体的吸收作用，使模型更加完善，模型反演的结果更加准确。此外，针对暗目标，作者提出新的气溶胶反演方法。与现有的MODIS产品算法不同的是，作者提出的方法无需事先假定气溶胶类型。 2) 以ASTER数据为基础，探讨高空间分辨率陆地气溶胶光学厚度的遥感反演方法。从最基本的假设入手，由浅入深，逐步建立基于ASTER第3波段的气溶胶光学厚度反演模型，该模型基于影像自身的信息，实现地表反射率和气溶胶光学厚度的综合反演。同时对于模型同化做了初步探索，将模型反演的结果应用于城市大气污染的模拟，为城市大气环境质量控制提供决策支持。 3) 为实现气溶胶遥感反演网格服务，开发自适应气溶胶光学厚度反演网格中间件。该中间件通过适当的自我描述自动对自身行为进行检查和调节，提供任务提交接口、任务管理和监控接口。 4) 针对网格的异构性特点，考虑各个计算资源的主频和处理器数目的差异，提出气溶胶反演任务优化方法。根据网格环境中各计算资源的当前负载情况和处理器主频的差异，进行计算任务的不均衡分配，实现了计算资源负载平衡。 5) 在开发的中间件基础上，采用优化的任务分配技术，利用遥感信息网格处理节点，反演气溶胶光学厚度。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 引言
• 1.1 选题的目的和意义
• 1.2 国内外研究现状与存在的主要问题
• 1.2.1 国外研究现状
• 1.2.2 国内研究现状
• 1.2.3 气溶胶遥感反演的难点
• 1.3 气溶胶遥感的传感器分类
• 1.4 网格计算的研究现状及发展趋势
• 1.4.1 网格计算的研究现状
• 1.4.2 网格计算的未来发展趋势
• 1.5 研究内容
• 1.6 关键技术
• 1.7 论文组织
• 1.8 本章小结
• 2. 陆地下垫面大气气溶胶反演的理论方法
• 2.1 理论基础
• 2.1.1 大气辐射传输方程
• 2.1.2 大气光学厚度
• 2.2 陆地气溶胶遥感反演基本原理与方法
• 2.2.1 单通道遥感和多通道遥感
• 2.2.2 多角度多通道遥感
• 2.2.3 偏振特性遥感
• 2.2.4 反差减少法
• 2.2.5 热对比法
• 2.2.6 陆海反差法
• 2.3 各种反演方法的对比与气溶胶反演的难点分析
• 2.4 小结
• 3 低空间分辨率陆地气溶胶光学厚度的遥感定量反演模型
• 3.1 SYNTAMII模型
• 3.1.1 SYNTAM模型和算法
• 3.1.2 SYNTAM模型的主要问题
• 3.1.3 改进的 SYNTAM模型（SYNTAMII）
• 3.1.4 SYNTAMII模型验证
• 3.2 暗目标方法
• 3.2.1 理论基础
• 3.2.2 验证
• 3.3 应用
• 3.4 小结
• 4 高分辨率城市气溶胶光学厚度的遥感监测
• 4.1 高分辨率城市下垫面气溶胶反演模型和算法
• 4.1.1 不考虑地表二向反射特性的反演模型（ASYNTAM-I）
• 4.1.2 考虑地表二向反射特性的反演模型（ ASYNTAM-II）
• 4.1.2 相关系数法反演模型
• 4.2 模型验证及结果分析
• 4.2.1 ASTER数据简介
• 4.2.2 数据处理
• 4.2.3 结果分析
• 4.3 应用:北京市亚运村大气污染数值模拟
• 4.3.1 城市大气污染源
• 4.3.2 影响大气污染的主要因素
• 4.3.3 北京市亚运村地区大气污染模拟
• 4.4 小结
• 5 地基遥感与天基遥感信息同化的基本技术方法
• 5.1 地基辐射仪测量气溶胶光学厚度的方法
• 5.2 地基与天基资料的同化方法
• 5.3 SYNTAMII方法与暗像元法的信息同化技术
• 5.4 小结
• 6 气溶胶多尺度遥感定量反演的系统设计与实现
• 6.1 系统体系结构
• 6.2 中间件开发
• 6.3 任务优化技术
• 6.4 数据可视化
• 6.5 应用
• 6.6 本章小结
• 7 结论与展望
• 7.1 内容总结
• 7.1.1 建立低空间分辨率陆地气溶胶光学厚度的遥感定量反演模型
• 7.1.2 建立高空间分辨率陆地气溶胶光学厚度的遥感反演模型
• 7.1.3 气溶胶网格中间件开发
• 7.1.4 气溶胶网格计算任务优化技术
• 7.1.5 气溶胶网格计算平台构建
• 7.2 本文的创新点
• 7.2.1 SYNTAMII模型
• 7.2.2 基于暗目标的气溶胶光学厚度反演方法
• 7.2.3 ASYNTAM模型
• 7.2.4 气溶胶反演网格中间件开发
• 7.2.5 任务优化技术
• 7.3 研究展望
• 7.3.1 MODIS气溶胶反演
• 7.3.2 ASTER气溶胶反演
• 7.3.4 系统完善
• 参考文献
• 攻读博士期间参加的科研项目
• 攻读博士期间论文发表情况
• 致谢