基于POLDER数据的污染云识别算法研究
云覆盖地球表面的67%,通过与太阳辐射的多重相互作用,云对地球大气辐射平衡以及气候变化有重要影响。人类活动与自然活动向底层大气中排放出大量的污染粒子,常常使低层的水云受到污染。目前,污染云被认为是影响气候变化的不确定因素之一。污染云的降雨对人类健康与生态环境产生重大的威胁。因此识别污染云具有十分重要的意义。由于污染云中含有很多小粒子,而偏振反射率对小粒子十分敏感,因此偏振遥感可作为识别污染云的一个有效手段。本次研究中使用的是具有多角度多光谱的POLDER数据。我国刚刚发射的GF-5号卫星搭载的大气气溶胶多角度偏振探测仪（DPC）和POLDER传感器具有相同的偏振通道,利用POLDER数据研究污染云可为我国高分5号卫星研究污染云奠定了基础。本研究基于POLDER卫星影像,利用其多光谱多角度偏振数据识别污染云,并对检测出的污染云进一步识别出烟灰污染云与沙尘污染云。首先利用清洁云与污染云的云滴谱分布参数,理论计算了865nm处清洁云与污染云的偏振辐射亮度。根据清洁云与污染云的不同偏振辐亮度变化特征,利用两个阈值:散射角140°的最大偏振辐亮度的阈值与散射角140°160°范围内的偏振辐亮度斜率拟合阈值,构建了污染云的识别算法。沙尘污染云和烟灰污染云是典型的自然污染云和人为污染云,文中构建了这两种云的识别方法。理论计算了不同波段烟灰污染云与沙尘污染云的反射率与偏振反射率,并将结果与POLDER的实测数据对比。结果发现在可见光至近红外烟灰污染云光谱反射率呈现出一个很强的上升梯度,光谱反射率的拟合斜率为正值且这种上升的梯度与受污染程度呈正相关关系。烟灰污染云的偏振反射率在散射角80°120°明显增大,使偏振反射率的拟合斜率呈负值。在散射角142°左右,最大偏振反射率值相较于纯云有所降低。因此可联合反射率与偏振反射率来识别烟灰污染云。沙尘污染云是一种比较常见的自然污染云,经过理论计算,发现沙尘污染云的反射率从可见光至近红外呈微弱的下降趋势,沙尘污染云的偏振反射率在散射角80°120°增加的很小。另外在散射角140°处的偏振反射率峰值降低。这些特征可以很好的识别沙尘污染云和烟灰污染云。最后将算法应用于不同的污染区域,利用CALIPSO观测结果以及AQI对污染云的识别结果进行验证,结果说明该算法可以很好的识别污染云并能准确的判断出类型。文中的污染云的识别算法以及污染云类型区分算法不仅弥补了污染云识别算法的空白且能指出污染云的类型,可为我国即将发射的GF-5 DPC卫星影像研究污染云奠定基础,另外有利于理解与量化人为气溶胶和自然气溶胶对云的影响,可为检测污染源以及污染类型提供一个新思路。
- 作者：
- 徐飞飞
- 学位授予单位：
- 安徽师范大学
- 授予学位：
- 硕士
- 学位年度：
- 2018年
- 导师姓名：
- 麻金继
- 中图分类号：
- X513
- 关键词：
- 偏振；污染云；识别；阈值；烟灰污染云；沙尘污染云
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- 基金项目：
- 国家自然基金