畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）a study about aerosol spatial and temporal distribution with modis data

1、<p><b>　　目 錄</b></p><p>　　1. 引言- 2 -</p><p>　　2. 研究數(shù)據(jù)與研究區(qū)域- 4 -</p><p>　　2.1研究數(shù)據(jù)- 4 -</p><p>　　2.2 研究區(qū)域概況- 4 -</p><p>　　3. MODIS數(shù)據(jù)處理

2、- 5 -</p><p>　　3.1 重投影- 5 -</p><p>　　3.2 鑲嵌- 5 -</p><p>　　3.3 裁剪- 6 -</p><p>　　3.4氣溶膠光學(xué)厚度的平均- 6 -</p><p>　　4. 結(jié)果與分析- 6 -</p><p>　　4.1 年內(nèi)

3、季節(jié)變化結(jié)果與分析- 7 -</p><p>　　4.2空間變化結(jié)果與分析- 11 -</p><p>　　5. 結(jié)論與展望- 11 -</p><p>　　5.1 結(jié)論- 11 -</p><p>　　5.2 展望- 11 -</p><p>　　參考文獻(xiàn)：- 13 -</p><p&

4、gt;　　Abstract:- 2 -</p><p>　　致謝：- 14 -</p><p>　　基于MODIS數(shù)據(jù)的氣溶膠時(shí)空分布特征分析</p><p>　　摘要：氣溶膠在地球大氣輻射收支平衡和全球氣候變化中扮演著非常重要的角色，氣溶膠光學(xué)厚度作為其最重要的參數(shù)之一，是表征大氣混濁度的重要物理量，也是確定氣溶膠氣候效應(yīng)的一個(gè)關(guān)鍵因子。與傳統(tǒng)的地基探測(cè)方法不

5、同，衛(wèi)星遙感反演方法具有面積覆蓋廣、信息獲取方便、快捷等特點(diǎn)，能更高效地獲取大氣氣溶膠信息，擺脫了地基探測(cè)方法只是獲取空間點(diǎn)上的數(shù)據(jù)，不能反映大區(qū)域氣溶膠時(shí)空分布的缺點(diǎn)，為人們實(shí)時(shí)了解大區(qū)域范圍內(nèi)的氣溶膠變化提供了可能。</p><p>　　本文在總結(jié)國(guó)內(nèi)外對(duì)氣溶膠光學(xué)厚度研究的基礎(chǔ)上，對(duì)大氣中的氣溶膠分類已及來(lái)源做了簡(jiǎn)單綜述，分析了MODIS各個(gè)通道的用途，對(duì)江西省地區(qū)的氣溶膠光學(xué)厚度進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，分析了江西省氣

6、溶膠從2007年到2009年這三年的季節(jié)變化以及其年際變化，探討總結(jié)了氣溶膠的時(shí)空分布特性，以及造成這種分布情況的原因。</p><p>　　關(guān)鍵詞：氣溶膠光學(xué)厚度（AOD）；季節(jié)變化；年際變化；時(shí)空分布特征；MODIS數(shù)據(jù)</p><p>　　A Study about Aerosol Spatial and Temporal Distribution with MODIS Data&l

7、t;/p><p><b>　　Abstract:</b></p><p>　　Atmospheric aerosols play an important role in the Earth's radiation balance and global climate change, aerosol optical depth is one of the most

8、 important parameters which can not only reflcet the characterization of atmospheric turbidity,but also identify the climate effects of aerosols. The satellite remote sensing retrieval method has much more advantages in

9、comparing with the traditional detection, such as wide area coverage, convenient accessing to information, fast deteetion etc. It can al</p><p>　　In this paper, on the basis of domestic and foreign research

10、on aerosol optical thickness, classification of atmospheric aerosols have done a simple review and source, analyzed the MODIS various channel USES, jiangxi region of aerosol optical thickness for the statistics, analysis

11、 of the aerosols in jiangxi province from 2007 to 2009, the three years of seasonal variation and interannual variability, time and space distribution characteristics of aerosol were summarized, and the cause of this di&

12、lt;/p><p>　　Key Words: Aerosol Optical Depth (AOD)；Seasonal variation；Interannual variability；Spatial and Temporal Distribution；MODIS Data</p><p><b>　　1. 引言</b></p><p>　　氣溶

13、膠是指懸浮在大氣中的各種固態(tài)和液態(tài)微粒，如塵埃、云霧、海鹽和降水粒子等。氣溶膠污染大氣，影響人類的生存環(huán)境，嚴(yán)重影響大氣質(zhì)量，對(duì)氣溶膠的監(jiān)測(cè)成為迫切的重要的觀測(cè)項(xiàng)目[1]。在地球大氣的各組分中，氣溶膠雖然只是微量成分，但它在地球-大氣輻射收支平衡和全球氣候變化中扮演著重要角色[2]。氣溶膠能夠通過直接和間接輻射效應(yīng)影響地-氣系統(tǒng)輻射平衡，直接輻射效應(yīng)指直接散射和吸收太陽(yáng)輻射從而影響地氣系統(tǒng)輻射能量收支，間接輻射效應(yīng)是指氣溶膠通過改變?cè)频?/p>

14、光學(xué)特性和分布狀況而影響太陽(yáng)輻射狀況,進(jìn)而影響地氣系統(tǒng)額射平衡，并影響氣候變化[3]。高濃度的氣溶膠會(huì)降低大氣能見度，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)影響到飛機(jī)起飛和降落和汽車等地面交通工具的堵塞，從而導(dǎo)致交通事故發(fā)生，給人們的出行帶來(lái)不便。此外，大氣氣溶膠還能破壞大氣環(huán)境，引發(fā)酸性降水、形成區(qū)域灰霾天氣、降低能見度等，氣溶膠中的細(xì)粒子還可以進(jìn)入人體導(dǎo)致疾?。ㄖ饕獮楹粑兰膊。?，這一切在很大程度上影響了人類的生活生產(chǎn)[4]。因此，氣溶膠引起了人們的廣泛關(guān)注，

15、對(duì)氣溶膠的研究也投入了大量的人力物力。</p><p>　　目前，對(duì)氣溶膠的研究主要集中在對(duì)氣溶膠光學(xué)厚度的探測(cè)與研究方面。而對(duì)于氣溶膠光學(xué)厚度的研究主要包括以下四個(gè)方面：(1)地面太陽(yáng)光度計(jì)，它是目前能夠精確測(cè)量氣溶膠的儀器之一，其中以全自動(dòng)太陽(yáng)光度計(jì)CE-318應(yīng)用最為廣泛[5]。如中國(guó)的氣溶膠觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)CAeroNet，是由中國(guó)氣象局從2002年開始負(fù)責(zé)建設(shè)和管理，20個(gè)觀測(cè)站點(diǎn)，監(jiān)測(cè)使用的設(shè)備就是CE318

16、-II太陽(yáng)光度計(jì)，并結(jié)合能見度儀、熱紅外儀、氣溶膠獨(dú)度儀、土壤溫度計(jì)、TSP等設(shè)備，對(duì)大氣光學(xué)特性等進(jìn)行實(shí)時(shí)觀測(cè) [5]。(2)全波段太陽(yáng)福射，但是目前國(guó)內(nèi)外只有幾十個(gè)對(duì)全波段太陽(yáng)直接福射進(jìn)行測(cè)量的站點(diǎn)[6]。(3)激光雷達(dá)，利用激光雷達(dá)可直接獲得氣溶膠空間垂直分布信息，但是這種方法在大氣探測(cè)領(lǐng)域的業(yè)務(wù)化運(yùn)行并不多見，因?yàn)槌Ｒ?guī)的激光雷達(dá)發(fā)射的脈沖能量很高，對(duì)人和飛行器可能造成危害；其次價(jià)格昂貴，種種不利因素使得激光雷達(dá)并不適用于氣溶膠監(jiān)

17、測(cè)的業(yè)務(wù)化應(yīng)用[7]。(4)衛(wèi)星遙感，如1999年發(fā)射的Terra衛(wèi)星和Aqua衛(wèi)星上搭載的MODIS傳感器，此傳感器在很大程度上提高了氣溶膠的遙感監(jiān)測(cè)能力[5]。在目前的研究中，我們通常采用兩種氣溶膠觀</p><p>　　20世紀(jì)70年代中期，Griggs在模擬福射傳輸模型時(shí)發(fā)現(xiàn)，在假定大氣頂層為無(wú)云的平面平行大氣情況下，在傳感器觀測(cè)的大氣層頂部，可見光波段和紅外波段的向上福射與氣溶膠光學(xué)厚度(AOD)之間呈

18、現(xiàn)出單調(diào)相關(guān)的關(guān)系，這一發(fā)現(xiàn)為衛(wèi)星遙感反演大氣氣溶膠光學(xué)厚度提供了理論基礎(chǔ)[8]。1975年Griggs又提出了可見光單通道反射率算法，用來(lái)反演海洋上空由于沙塵暴和森林火災(zāi)造成的厚氣溶膠層的光學(xué)厚度[8]。1986年Roa等研究了利用AVHRR第一通道數(shù)據(jù)反演了海洋上空氣溶膠光學(xué)厚度[8]。目前，AOD遙感反演的尺度有從局部、區(qū)域尺度向全球尺度發(fā)展的趨勢(shì)，同時(shí)，產(chǎn)品精度驗(yàn)證方面的工作也正在全面開展[8]。國(guó)外己有許多學(xué)者利用MODIS反

19、演的氣溶膠光學(xué)厚度AOD來(lái)預(yù)報(bào)地面大氣顆粒物的濃度，用于空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)[8]。</p><p>　　隨著航空航天技術(shù)的發(fā)展，利用衛(wèi)星探測(cè)氣溶膠光學(xué)特征的理論方法不斷得到完善。目前，利用衛(wèi)星資料反演AOD的方法也比較多，主要有：暗像元法、結(jié)構(gòu)函數(shù)法、陸地海洋對(duì)比法、大氣透過率法、反射率角度分布法和極化法等。各種反演方法均有各自的優(yōu)缺點(diǎn)和應(yīng)用局限性，如大氣透過率法要求對(duì)清潔影像進(jìn)行氣溶膠濃度的假定，結(jié)構(gòu)函數(shù)法對(duì)亮地表A

20、OD的反演具有極大優(yōu)勢(shì)，黒暗像元法在濃密植被覆蓋區(qū)反演精度較高而且操作相對(duì)簡(jiǎn)單。暗像元法是陸地氣溶膠反演使用最廣泛的算法[3]。</p><p>　　本文以MOD04氣溶膠數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，對(duì)其進(jìn)行重投影，鑲嵌，裁切，掩膜等預(yù)處理運(yùn)算，對(duì)所得江西省區(qū)域的氣溶膠圖像進(jìn)行季節(jié)平均運(yùn)算，以得到良好的氣溶膠圖像，來(lái)分析氣溶膠分布特性。</p><p>　　2. 研究數(shù)據(jù)與研究區(qū)域</p>

21、<p><b>　　2.1研究數(shù)據(jù)</b></p><p>　　為了對(duì)全球變化進(jìn)行觀測(cè)研究美國(guó)國(guó)家宇航局（NASA）建立了為期20年的EOS計(jì)劃，先后發(fā)射了一系列衛(wèi)星系統(tǒng)，對(duì)太陽(yáng)輻射、大氣、海洋和陸地進(jìn)行全面綜合的整體觀測(cè)。MODIS是EOS的一個(gè)重要設(shè)備，是新一代“圖譜合一”的光學(xué)遙感儀器，也是EOS上唯一的一個(gè)以X波段向地面直接發(fā)布觀測(cè)數(shù)據(jù)的系統(tǒng)[9]。MODIS具有36個(gè)波段

22、(0.42-14.24μm)，掃描寬度為2330km，為反演有關(guān)陸地、云、氣溶膠、水汽、臭氧、海色、浮游植物、生物地球化學(xué)等產(chǎn)品提供了豐富的信息[9]。MODIS數(shù)據(jù)空間分辨率有三個(gè)尺度，可見光通道1（660nm）和通道2（860nm）具有250m星下點(diǎn)的分辨率，可見和近紅外的通道3—7具有500m的分辨率，通道8—36具有1000m的分辨率[10]。因此MODIS數(shù)據(jù)適合于氣溶膠、地表和云的高分辨率監(jiān)測(cè)[9]。其中，1- 9通道都可以

23、探測(cè)到氣溶膠信息，對(duì)氣溶膠進(jìn)行研究分析。表2.1所示為MODIS-N在太陽(yáng)天頂角為0=22.50時(shí)的特征及其各個(gè)通道的主要用途。</p><p>　　本文所使用的數(shù)據(jù)位ID號(hào)為MOD04的氣溶膠產(chǎn)品（Aerosol Protuct）。MOD04數(shù)據(jù)為大氣2級(jí)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)氣溶膠產(chǎn)品，10公里空間分辨率，提供每日數(shù)據(jù)。包含整個(gè)海洋和部分陸地（濕潤(rùn)地區(qū)）上空的氣溶膠光學(xué)厚度空間分布，并且還提取了海洋上空的氣溶膠粒徑分布以及

24、陸地上空氣溶膠類型。該產(chǎn)品所得的陸地和海洋上空氣溶膠反演算法是不同的，海洋上空氣溶膠的反演以通道反射率法以查找表為基礎(chǔ)，考慮了5種小粒子模式和6種大粒子模式。針對(duì)MODIS 光譜通道計(jì)算衛(wèi)星觀測(cè)輻射，分別生成各類模式的查找表，用于反演氣溶膠光學(xué)厚度。查找表參數(shù)包括0.55μm的光學(xué)厚度、太陽(yáng)天頂角、衛(wèi)星天頂角以及由太陽(yáng)和衛(wèi)星方位角確定的相對(duì)相位角[11]。陸地上空氣溶膠的反演方法在晴空無(wú)云的暗像元上空，衛(wèi)星觀測(cè)反射率隨大氣氣溶膠光學(xué)厚度

25、單調(diào)增加，利用這種關(guān)系反演大氣氣溶膠光學(xué)厚度的算法（暗像元算法）[11]。利用大多數(shù)陸表在紅和藍(lán)波段反射率低的特性，根據(jù)植被指數(shù)NDVI或短波紅外波段觀測(cè)值進(jìn)行暗像元判識(shí)，并依據(jù)一定的關(guān)系假定這些暗像元在可見光紅或藍(lán)波段的地表反射率，用于反演氣溶膠光學(xué)厚度[11]。該算法基于表觀反射率的大氣貢</p><p>　　MODIS氣溶膠產(chǎn)品的內(nèi)容包括陸地和海洋的550nm光學(xué)厚度；陸地470nm、660nm和2.1μm

26、的光學(xué)厚度；陸地氣溶膠類型；海洋7個(gè)波段的氣溶膠光學(xué)厚度；海洋氣溶膠的有效粒子半徑等。本文利用MODIS氣溶膠數(shù)據(jù)，通過分析我國(guó)江西省氣溶膠的時(shí)空分布特征從而有助于了解江西省的氣溶膠的季節(jié)性變化情況，為研究氣溶膠的基本規(guī)律提供依據(jù)。本文使用的MODIS產(chǎn)品主要是MOD04的氣溶膠月數(shù)據(jù)集，550nm波段的陸地 AOD，時(shí)間段為2006年12月至2009年11月。</p><p>　　2.2 研究區(qū)域概況</

27、p><p>　　江西地處亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，四季分明，光照充足，雨量豐沛[9]。春季陰冷多雨，偶有桃花汛；夏季高溫多雨，間有臺(tái)風(fēng)影響；秋季風(fēng)和日麗，秋高氣爽；冬季濕冷，多偏北大風(fēng)。年平均氣溫 11.6℃～19.6℃，無(wú)霜期長(zhǎng)達(dá)240-307天，降水季節(jié)分配不均，全年降水50%以上集中在4-7月，該時(shí)期為江西的雨季[12]。</p><p>　　江西地域廣，南北跨越 5個(gè)多緯距，東西相隔5個(gè)多經(jīng)度

28、，地處北緯24°29′-30°04′，東經(jīng)113°34′-118°28′之間。境內(nèi)東、西、南三面環(huán)山，中間丘陵起伏，北部為鄱陽(yáng)湖及其平原[10]。復(fù)雜的地形、地貌分布，使得江西氣候資源分布復(fù)雜多樣；光資源北多南少；熱量資源南多北少；水分資源東多西少；風(fēng)能資源湖區(qū)、山區(qū)多，其他地區(qū)少[12]。</p><p>　　江西省全省四季主要特點(diǎn)、氣候資源分布如下：</p>

29、<p>　　春季：受大陸冷高壓和南支槽的共同影響，多過程性天氣，主要的災(zāi)害性天氣是低溫陰雨和強(qiáng)對(duì)流[12]。</p><p>　　夏季：受西太平洋副熱帶高壓控制，晴旱酷熱[12]。全省 7月平均氣溫除周邊地區(qū)外，南北各地相差甚小，都在29.0～30.0℃之間，極端最高氣溫都在40℃以上[12]。全年日最高氣溫≥35℃的天數(shù)，除鄱陽(yáng)湖受湖水調(diào)節(jié)和龍南、全南、定南等地植被條件較好的山區(qū)為10～20天外，

30、其他地方都在20天以上，贛東北和贛江中游一帶多達(dá)40～50天，可算是我國(guó)的“火爐”之一[12]。</p><p>　　秋季：雨季結(jié)束之后，西太平洋副高北跳，多處太平洋副高脊區(qū)之中，使得江西省多晴好天氣，且濕度較小，主要災(zāi)害性天氣是干旱與寒露風(fēng)[12]。</p><p>　　冬季：受大陸季風(fēng)影響，不斷有冷空氣侵入，特別是鄱陽(yáng)湖區(qū)域?yàn)橄虮遍_口的盆地，冷空氣長(zhǎng)驅(qū)直入，使北部平原氣溫顯著下降，有時(shí)

31、伴有雨雪或冰凍[12]。贛南盆地因受山脈阻擋，加之位置偏南，冷空氣的影響較小 [12]。</p><p>　　3. MODIS數(shù)據(jù)處理</p><p><b>　　3.1 重投影</b></p><p>　　分析得知MOD04數(shù)據(jù)在550nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)的氣溶膠數(shù)據(jù)最好，所以本文使用ENVI插件MCTK結(jié)合IDL編程語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)550nm波長(zhǎng)的陸地A

32、OT的提取，并對(duì)其進(jìn)行幾何校正，將地理坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換為投影坐標(biāo)系[7]。在此過程中，原圖像中本來(lái)的坐標(biāo)系（Geographic Lat/Lon坐標(biāo)系）被轉(zhuǎn)化為UTM，Zone 51N坐標(biāo)系，以方便我們計(jì)算。其中核心程序如下：</p><p>　　datum = "WGS-84"</p><p>　　units = ENVI_TRANSLATE_PROJECTION_UNIT

33、S('Meters')</p><p>　　output_projection = envi_proj_create(datum=datum,/utm, zone=51,units=units)</p><p><b>　　3.2 鑲嵌</b></p><p>　　在遙感圖像處理中，為了獲得更大范圍的圖像，通常需要將多幅遙感圖像

34、拼接成為一幅圖像[15]。在本文的研究過程中，主要使用ENVI和與其配套的IDL語(yǔ)言進(jìn)行整個(gè)過程的運(yùn)算：通過ENVI中的Mosaic Images選項(xiàng)經(jīng)過地理坐標(biāo)定位疊加兩幅或多幅有重疊區(qū)域的圖像，在鑲嵌時(shí)，首先要產(chǎn)生一個(gè)空白文件，用于放置鑲嵌結(jié)果，坐標(biāo)系統(tǒng)要和鑲嵌的圖像完全一致，大小能容納鑲嵌圖像之和，然后使用鼠標(biāo)基于地理坐標(biāo)將圖像一幅一幅地讀入，把圖像放置在鑲嵌窗口中，最后對(duì)讀入的圖像進(jìn)行編輯羽化等操作，使圖像看起來(lái)更加美觀[17]

35、。在此過程中，遇到如下問題：第一是如何將多幅圖像從幾何上拼接起來(lái)，這一步通常是先對(duì)每幅圖像進(jìn)行幾何校正，將它們規(guī)劃到統(tǒng)一的坐標(biāo)系中，然后對(duì)它們進(jìn)行裁剪，去掉重疊的部分，再將裁剪后的多幅圖像裝配在一起，形成一幅大幅面的圖像，這也是本研究之前要做重投影的原因[16]。第二是在幾何拼接以后，圖像上因灰度差異而出現(xiàn)了拼接縫，但是由于本研究在之后要做季節(jié)平均運(yùn)算，所以這方面的問題可以忽略。由于本文所研究數(shù)據(jù)由于數(shù)據(jù)量大，則利用IDL編程語(yǔ)言對(duì)圖像

36、進(jìn)行批處理，同樣可以實(shí)現(xiàn)以上結(jié)果。</p><p><b>　　3.3 裁剪</b></p><p>　　在裁切前，需要做好以下準(zhǔn)備：首先根據(jù)所選的圖幅號(hào)，計(jì)算圖幅4個(gè)角的經(jīng)緯度坐標(biāo)，換算成對(duì)應(yīng)的UTM坐標(biāo)[16]。由于原圖幅是用經(jīng)緯度根據(jù)經(jīng)差、緯差裁出的，可以認(rèn)為是一個(gè)矩形，由于地球曲率的影響，轉(zhuǎn)換成UTM投影坐標(biāo)后將產(chǎn)生變形，但是變形是幾種坐標(biāo)中最小的一種，因此我

37、們采用UTM坐標(biāo)[16]。為保證裁切出來(lái)的圖像為矩形且足夠大，需要利用計(jì)算出的4個(gè)角的高斯投影坐標(biāo)，采用最大化原理求出左上角和右下角的X, Y坐標(biāo)[18]。本文利用矢量文件進(jìn)行裁切，并通過與IDL編程語(yǔ)言相結(jié)合，以中國(guó)江西省區(qū)域（北緯24°29′-30°04′，東經(jīng)113°34′-118°28′之間）作為研究區(qū)，對(duì)幾何校正和拼接過后的AOT圖像進(jìn)行裁剪掩膜，提取江西省上空的AOT。</p&g

38、t;<p>　　3.4氣溶膠光學(xué)厚度的平均</p><p>　　本研究利用2007—2009年MOD04氣溶膠產(chǎn)品分析研究江西省氣溶膠特性（氣溶膠光學(xué)厚度AOD）的時(shí)空分布，統(tǒng)計(jì)江西省地區(qū)氣溶膠光學(xué)厚度的時(shí)空分布的年變化和季節(jié)變化特征，并分析了光學(xué)厚度的來(lái)源和影響因素。</p><p>　　對(duì)氣溶膠求平均的方法是對(duì)應(yīng)用對(duì)多幅圖像求平均的原理進(jìn)行的，多幅圖像求平均法是對(duì)同一地區(qū)

39、不同時(shí)間的圖像采集多次相加后取平均值的方法。在本文所取的數(shù)據(jù)中，難免有一些象元是沒有數(shù)據(jù)的，因此也必須采取對(duì)氣溶膠數(shù)據(jù)求季節(jié)平均的方法來(lái)研究氣溶膠季節(jié)變化和年際變化[21]。</p><p>　　具體實(shí)現(xiàn)方法為：利用ENVI與IDL相結(jié)合的方法對(duì)圖像中的象元循環(huán)處理疊加，并找出其中沒有數(shù)據(jù)的象元剔除，對(duì)其他有數(shù)據(jù)的象元進(jìn)行平均處理，得到季節(jié)平均后的圖像[22]。</p><p><b

40、>　　4. 結(jié)果與分析</b></p><p>　　本文利用2007年到2009年江西省地區(qū)的MODIS數(shù)據(jù)分析了江西省的氣溶膠光學(xué)厚度變化規(guī)律，給出了該地區(qū)氣溶膠光學(xué)厚度的地域分布特征及其季節(jié)變化、年變化和空間變化的特征。</p><p>　　根據(jù)江西省氣象網(wǎng)站對(duì)江西省四季的劃分標(biāo)準(zhǔn)，在本文中將江西省四季按3~5月為春季，6~8月為秋季，9~11月為夏季，12~2月為冬

41、季劃分。本文根據(jù)段婧、毛節(jié)泰等在2007年對(duì)長(zhǎng)江三角洲地區(qū)氣溶膠光學(xué)厚度的研究，將氣溶膠光學(xué)厚度劃分為以下幾個(gè)等級(jí)：<0.1，0.1~0.3，0.3~0.5，0.5~0.7，0.7~0.9，0.9~1.1，1.1~1.3，>1.3，認(rèn)為小于0.3為氣溶膠光學(xué)厚度低值區(qū)，大于0.7為氣溶膠光學(xué)厚度高值區(qū)，據(jù)此做出以下分析。</p><p>　　4.1 年內(nèi)季節(jié)變化結(jié)果與分析</p><

42、;p>　　圖1：冬季氣溶膠光學(xué)厚度</p><p>　　圖a~c為2007~2009年冬季氣溶膠光學(xué)厚度分布圖</p><p>　　表1：冬季氣溶膠光學(xué)厚度象元統(tǒng)計(jì)</p><p>　　冬季（12~2月），AOD值不高，大多數(shù)地區(qū)都處在0.5以下（藍(lán)綠色區(qū)域），只有江西省周圍的AOD值較高，達(dá)到0.7以上的高值。從像元的變化也能看出，2007年和2009年的A

43、OD值在冬季時(shí)，氣溶膠光學(xué)厚度值大多集中在0.3~0.5這個(gè)范圍內(nèi)，能達(dá)到0.7以上的高值很少，幾乎可以忽略。這是由于進(jìn)入冬季后冷空氣開始頻繁入侵，空氣層結(jié)漸趨穩(wěn)定，混合層高度降低，且部分地區(qū)有雪覆蓋，因此AOD較低，細(xì)粒子含量亦有所下降[10]。冬季植被覆蓋率較秋季低、土壤裸露、空氣干燥，造成土壤的風(fēng)化，使局地大顆粒氣溶膠的產(chǎn)生增多[10]。</p><p>　　從圖21中也可以看出，2008年冬季氣溶膠光學(xué)厚

44、度明顯比2007年和2009年高，達(dá)到0.7高值的像元數(shù)有150個(gè)之多。原因可能為：2008年南方雪災(zāi)，江西省就是受災(zāi)六省之一，雪災(zāi)導(dǎo)致長(zhǎng)江中下游地區(qū)形成強(qiáng)烈降水，使大面積森林損毀，農(nóng)作物大量死亡等，導(dǎo)致氣溶膠含量不斷上升，同時(shí)由于雪災(zāi)導(dǎo)致氣溫比較往年低很多，人們燒煤量增加，這也是氣溶膠含量出現(xiàn)異常的原因之一。</p><p>　　圖2：春季氣溶膠光學(xué)厚度</p><p>　　圖d~f為2

45、007~2009年春季氣溶膠光學(xué)厚度分布圖</p><p>　　表2：春季氣溶膠光學(xué)厚度象元統(tǒng)計(jì)</p><p>　　春季（3~5月），是全年AOD值最大的季節(jié)，圖2顯示，和冬季相比，江西省大部分地區(qū)AOD值增加，尤其在2007年，以南昌市為中心的地區(qū)氣溶膠光學(xué)厚度達(dá)到1.3（深紅色區(qū)域）以上的高值，0.7以上的高值區(qū)幾乎占據(jù)江西省整個(gè)北部區(qū)域。2008年較2007年情況稍好，但在南昌市附

46、近也出現(xiàn)了1.1~1.3的高值。2009年是三年中春季情況最好的一年，但是氣溶膠光學(xué)厚度低于0.3的低值區(qū)（藍(lán)色區(qū)域）也非常少。從表2中可以清楚的看到，AOD值主要集中在0.5~0.7這一范圍內(nèi)，這樣氣溶膠光學(xué)厚度均值將會(huì)明顯高于冬季。這是因?yàn)榇杭颈狈缴硥m、揚(yáng)沙、浮塵等天氣的頻繁，通過氣溶膠的輸送，帶來(lái)大量的沙塵粒子，以及植被覆蓋率低、土壤裸露、強(qiáng)冷大風(fēng)天氣，將地面的塵土帶入空中，導(dǎo)致局地氣溶膠含量增加[10]。同時(shí)，春季天氣轉(zhuǎn)暖，人們

47、出行量增多，人類活動(dòng)日益頻繁，這也是導(dǎo)致春季氣溶膠光學(xué)厚度增加的原因之一。</p><p>　　圖3：夏季氣溶膠光學(xué)厚度</p><p>　　圖g~i為2007~2009年夏季氣溶膠光學(xué)厚度分布圖</p><p>　　表3：夏季氣溶膠光學(xué)厚度象元統(tǒng)計(jì)</p><p>　　夏季（6~8月），江西省全省的氣溶膠厚度相對(duì)春季總體普遍降低，從圖3中看

48、出，在江西省南部氣溶膠光學(xué)厚度低于0.5的區(qū)域（藍(lán)色和綠色區(qū)域）明顯增多，而在南昌市周邊地區(qū)相對(duì)春季而言，在0.7以上的高值區(qū)也明顯減少。從表3數(shù)據(jù)分析，從春季到夏季的每個(gè)階段的像元可以發(fā)現(xiàn)，高值區(qū)像元明顯減少，而相對(duì)低值區(qū)也在減少，像元主要集中在氣溶膠光學(xué)厚度不高也不低的范圍內(nèi)。造成以上情況的原因是：江西省南部主要是森林用地，人類活動(dòng)并不活躍，且夏季降水較多，雨水對(duì)氣溶膠粒子有沖刷的作用，特別是對(duì)大粒子的氣溶膠，除塵效果更為明顯[23

49、]，導(dǎo)致氣溶膠光學(xué)厚度降低。后者為由于夏季氣溫較高，人類活動(dòng)增多，人類出行產(chǎn)生的煙塵，灰霾等也大幅度增加，其中汽車尾氣中的碳?xì)浠衔?、氮氧化合物、CO、SO2等在大氣中的排放量也大大的加強(qiáng)，導(dǎo)致硫酸鹽氣溶膠也增加，由降水增加的濕沉降量并不足以抵消硫酸鹽氣溶膠的凈生成[24]。因此，氣溶膠光學(xué)厚度較大，且主要以顆粒較小的工業(yè)型城市型氣溶膠為主。</p><p>　　圖4：秋季氣溶膠光學(xué)厚度</p>&

50、lt;p>　　圖j~l為2007~2009年秋季氣溶膠光學(xué)厚度分布圖</p><p>　　表4：秋季氣溶膠光學(xué)厚度象元統(tǒng)計(jì)</p><p>　　秋季（9~11月），AOD值整體減小，從圖4中可以看到，全省的AOD值幾乎都下降到0.7以下，只要少部分地區(qū)（南昌市周圍）仍然處于大于0.7（亮藍(lán)色和粉紅色的區(qū)域）的高值區(qū)，但相比較春季和夏季已經(jīng)下降了很多了。從表4的象元統(tǒng)計(jì)中也可以看出，A

51、OD值處于0.7以上的高值區(qū)像元數(shù)量減少明顯，處于0.3以下的低值區(qū)像元開始增多，但是主要的氣溶膠高學(xué)厚度仍然集中在0.3~0.5范圍內(nèi)。其原因是：江西省地處南方，南方秋季的降水仍然較多，濕沉降可以減少大氣中的氣溶膠，尤其是粒子較大的氣溶膠；由于江西省處于南方地區(qū)，雖然入秋，植被覆蓋度仍然很大，大量的植被可以很好的抑制氣溶膠產(chǎn)生。而2007年秋季的氣溶膠不僅沒有減少，反而有所上升，可能是因?yàn)椋?007年秋季氣溫驟降，降水減少，空氣干燥，

52、造成土壤的風(fēng)化，使的局地大顆粒氣溶膠的產(chǎn)生增多[10]。</p><p>　　4.2空間變化結(jié)果與分析</p><p>　　由圖1~4均可以看出江西省上空氣溶膠光學(xué)厚度的空間分布情況，氣溶膠光學(xué)厚度的高值區(qū)主要分布在江西省北部區(qū)域，圖中呈暖色，其中以北方中間地區(qū)（南昌市周邊）的氣溶膠光學(xué)厚度較大，AOD值不論在春夏秋冬哪一個(gè)季節(jié)都是處于最大值，氣溶膠光學(xué)厚度往往在0.7以上，尤其在南昌附近

53、，氣溶膠光學(xué)厚度達(dá)到0.9以上[13]。而南部及江西省周邊地區(qū)氣溶膠光學(xué)厚度普遍較小，AOD值一般不會(huì)超過0.5。另外，江西省的南昌市和贛州市附近一些較發(fā)達(dá)的地區(qū)在一年四季中都呈現(xiàn)氣溶膠高值區(qū)，氣溶膠光學(xué)厚度的低值區(qū)分布在江西省的周邊一些較不發(fā)達(dá)的地區(qū)，在圖中這些地區(qū)呈綠色或藍(lán)色，氣溶膠光學(xué)厚度在0.1~0.5之間[9]。</p><p>　　造成以上情況的原因：主要是由于南部部地區(qū)以林地為主，植被覆蓋率較高且遠(yuǎn)

54、離城區(qū)，且江西省東、西、南三面環(huán)山，中間是丘陵地區(qū)，這些地區(qū)是人類活動(dòng)相對(duì)活動(dòng)較少的區(qū)域，因此人為因素對(duì)該區(qū)影響較小，而植被作用相對(duì)較大，導(dǎo)致這些地區(qū)的氣溶膠光學(xué)厚度小；而北部地區(qū)為鄱陽(yáng)湖及其平原，是江西省的人口密集區(qū)，這里不僅人口密度大，人類活動(dòng)頻繁，而且裸露地表較多，工業(yè)較為發(fā)達(dá)，因此該地人類活動(dòng)對(duì)氣溶膠的貢獻(xiàn)較大，使得氣溶膠光學(xué)厚度較大[12]?？梢钥闯?，氣溶膠光學(xué)厚度的分布受人類活動(dòng)和植被覆蓋等影響顯著。氣溶膠光學(xué)厚度的高值區(qū)多

55、分布在人類活動(dòng)頻繁，植被覆蓋度少的地區(qū)，而氣溶膠光學(xué)厚度的低值區(qū)只要分布在人類活動(dòng)稀少，植被茂盛的地區(qū)[7]。</p><p><b>　　5. 結(jié)論與展望</b></p><p><b>　　5.1 結(jié)論</b></p><p>　　本文以大氣氣溶膠光學(xué)厚度的研究為核心，對(duì)江西省地區(qū)進(jìn)行了氣溶膠光學(xué)厚度的衛(wèi)星遙感監(jiān)測(cè)與分

56、析。首先，對(duì)大氣氣溶膠數(shù)據(jù)以及前人所做的氣溶膠研究進(jìn)行分析，使得所選擇的波段，投影信息等更加合理；其次對(duì)MODIS傳感器所獲得的MOD04氣溶膠產(chǎn)品進(jìn)行了預(yù)處理，即重投影，鑲嵌，裁剪，掩膜等；由于經(jīng)過預(yù)處理后所得到的這些數(shù)據(jù)并不完整，所以在此之后對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行了季節(jié)平均的運(yùn)算，得到江西省2007到2009三年的春、夏、秋、冬四個(gè)季節(jié)的平均氣溶膠光學(xué)厚度圖像。以上這些措施都使得分析時(shí)所使用的數(shù)據(jù)精度大大提高。在進(jìn)行氣溶膠光學(xué)厚度（AOD）

57、的分析中，考慮到遙感數(shù)據(jù)幾何校正的誤差、空間分辨率以及遙感數(shù)據(jù)本身的誤差以及突然的氣象災(zāi)害造成的氣溶膠光學(xué)厚度反常等因素，本文所得AOD值并不能作為標(biāo)準(zhǔn)，因此，本文僅僅只基于本次試驗(yàn)所得的圖像進(jìn)行了粗略的分析，得到以下結(jié)論[7]：</p><p>　　通過對(duì)江西省內(nèi)AOD平均值的統(tǒng)計(jì)分析，江西省內(nèi)的AOD季節(jié)變化數(shù)據(jù)呈有規(guī)律地上下波動(dòng)，每年均是春季的AOD值最大，夏季、秋季次之，冬季最小。造成這樣種趨勢(shì)的原因主要

58、和人類的活動(dòng)、地形變化植被變化有關(guān)[7]。從空間分布來(lái)看，AOD高值區(qū)與城區(qū)的位置基本一致，南部地區(qū)及江西省邊境等植被覆蓋地區(qū)是氣溶膠分布的低值區(qū)，城市地區(qū)是氣溶膠分布的高值區(qū)，城市中心地區(qū)氣溶膠光學(xué)厚度高于林區(qū)的原因是城市地區(qū)由于人類活動(dòng)產(chǎn)生的煙塵、灰霾等大粒子占有相當(dāng)比例，導(dǎo)致氣溶膠光學(xué)厚度升高，同時(shí)氣溶膠光學(xué)厚度的變化還受地形和植被覆蓋度的影響[7]。</p><p><b>　　5.2 展望&l

59、t;/b></p><p>　　本文利用MOD04氣溶膠產(chǎn)品對(duì)氣溶膠光學(xué)厚度、氣溶膠時(shí)空分布特征進(jìn)行了較為詳細(xì)的分析，并對(duì)氣溶膠分布特征的幾種影響因素做了簡(jiǎn)要分析[7]。本文的研究可以運(yùn)用于對(duì)大氣污染的檢測(cè)，現(xiàn)在備受關(guān)注的PM2.5的監(jiān)測(cè)也可以通過研究氣溶膠光學(xué)厚度得到，此外氣溶膠光學(xué)厚度的研究還可以對(duì)沙塵暴、揚(yáng)塵等進(jìn)行監(jiān)測(cè)，在大氣監(jiān)測(cè)方面具有重要的作用。但是文章仍然存在不足和仍待深入研究之處，今后將在以下

60、方面做進(jìn)一步的研究：</p><p>　　(1)在分析氣溶膠分布特征的影響因素時(shí)，僅在眾多的影響因素中選取幾點(diǎn)重要因素加以分析論述，對(duì)其他因素的研究是今后研究的一個(gè)方向。</p><p>　　(2)由于影像分辨率較低以及所選用的每種相關(guān)影響因素的詳細(xì)數(shù)據(jù)較少，文中沒有對(duì)每一種相關(guān)因素都做特別洋細(xì)的研究，在今后的工作中，將每一種影響因素細(xì)化，進(jìn)行深入探討。</p><p&

61、gt;<b>　　參考文獻(xiàn)：</b></p><p>　　[1] 陳渭民. 衛(wèi)星資料的多學(xué)科應(yīng)用,2012</p><p>　　[2] 付培健，王世紅，陳長(zhǎng)和. 探討氣候變化的新熱點(diǎn):大氣氣溶膠的氣候效應(yīng)，地球科學(xué)進(jìn)，1998，13(4)387-392</p><p>　　[3] 高瀾. 南京北郊?xì)馊苣z散射及其相關(guān)特性的觀測(cè)研究，碩士畢業(yè)論文，

62、2012</p><p>　　[4] 蔣維楣. 空氣污染氣象學(xué)[M]，南京大學(xué)出版社，2004</p><p>　　[5] 延昊，矯梅燕，畢塵貴，劉桂清. 國(guó)內(nèi)外氣溶膠觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展進(jìn)展及相關(guān)科學(xué)計(jì)劃[J]，氣象科學(xué)，2006(1):110-117.</p><p>　　[6] Kondratyev K.Y, Buznikov A， Vasilyev 0.B.， et

63、 al. Influence of the AtmosPhere on the Albedo in AerosPace Photography of the Earth in Visible Light. Izvestiya Aimospheric Ocean Physies，1977，13:330-340</p><p>　　[7] 許秀玲. 基于MODIS產(chǎn)品的中國(guó)陸地氣溶膠時(shí)空特征分析，碩士畢業(yè)論文，201

64、1</p><p>　　[8] 石勇. 武漢市MODIS氣溶膠光學(xué)厚度與空氣PM10濃度的關(guān)系研究，碩士畢業(yè)論文，2012</p><p>　　[9] 李柳霞，MODIS影像數(shù)據(jù)預(yù)處理技術(shù)研究，中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)，2004</p><p>　　[10] 茆佳佳，華東地區(qū)氣溶膠特性的MODIS資料反演及其時(shí)空分布特征的研究，碩士畢業(yè)論文,2011</p>&l

65、t;p>　　[11] 尹貢白等. 地圖概論，北京測(cè)繪出版社， 1999</p><p>　　[12] http://www.weather.org.cn/jx_qxzw/jxqh.asp</p><p>　　[13] 張宏敏. 地圖投影變換中的幾種方法，科技信息(學(xué)術(shù)版)，2006（02）</p><p>　　[14] 于洪川，吳福朝，阮宗才等. VR 環(huán)境圖

66、像生成中幾項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)研究[J]，計(jì)算機(jī)研究與發(fā)展，1999，36( 11) : 1349</p><p>　　[15] 劉坡，匡綱要. 遙感圖像的圖像鑲嵌方法，人工智能及識(shí)別技術(shù)，2007:1009 - 3044</p><p>　　[16] 艾玲洲. 基于VB平臺(tái)的遙感圖像分幅與裁切，測(cè)繪與空間地理信息，2009，34(4)</p><p>　　[17] 王德輝.

67、 珠江三角洲大氣氣溶膠污染形成機(jī)制與遙感監(jiān)測(cè)研究，廣州大學(xué)碩士論文，2007</p><p>　　[18] 賈永紅. 計(jì)算機(jī)圖像處理與分析[M]，武漢大學(xué)出版社，2001.</p><p>　　[19] 朱求安，張萬(wàn)昌，余鈞輝. 基于GIS 的空間插值方法研究，江西師范大學(xué)學(xué)報(bào)( 自然科學(xué)版)，2004，28(2)</p><p>　　[20] 章澄昌，周文賢. 大

68、氣氣溶膠教程，北京氣象出版社，2007</p><p>　　[21] 黃杏元，馬勁松，湯勤. 地理信息系統(tǒng)概論[M]，北京高等教育出版社，2001，93- 103.</p><p>　　[22] 鄔倫，劉瑜，張晶等. 地理信息系統(tǒng)原理方法和應(yīng)用[M]，北京: 科學(xué)出版社，2001，178- 192.</p><p>　　[23] 許紹祖. 梅雨對(duì)大氣氣溶膠粒子的清除

69、，氣象科學(xué)，1989，4(9):445-451</p><p>　　[24] 銀燕，崔振雷，張華，等. 2006年中國(guó)地區(qū)大氣氣溶膠濃度分布特征的模擬研究，大氣科學(xué)學(xué)報(bào)，2009，32(5)：5952603</p><p>　　[25] 岳輝. 武漢市大氣PM10濃度空間分布特征及其影響因素研究，華中農(nóng)業(yè)大學(xué)碩士畢業(yè)論文，2012</p><p><b>

70、　　致謝：</b></p><p>　　畢業(yè)在即，在此次論文寫作的過程中，有很多的老師，同學(xué)給了我很大的幫助，在此，衷心的感謝我的論文導(dǎo)師李XX老師，從論文的選題直到完稿，每個(gè)細(xì)節(jié)都離不開老師的細(xì)心指導(dǎo)和精心批閱，雖然我未能作出更加深入的研究，但仍獲益良多！非常感謝紀(jì)XX、費(fèi)XX、高XX、金X、劉X、茆XX、尚XX、陶X等同學(xué)對(duì)我無(wú)私的幫助，他們給予論文提出了許多寶貴的觀點(diǎn)和建議。論文從開始進(jìn)入課題到