气溶胶光学特性

气溶胶类型在遥感影像上极为难以识别,可以说肉眼不可区分。具体属于哪一种类别,需要运用到表征气溶胶粒子特性的光学特性加以区分。
主要有以下几种光学特性:

(1)AOD/T(Aerosol Optical Depth/Thickness)气溶胶光学厚度,表征气溶胶消光能力的一种光学物理量,值越大表明气溶胶消光越严重;

(2)AE(Ångström Exponent)波长指数,是衡量气溶胶粒子大小的指标,取决于气溶胶粒子大小空间分布和折射率,AE的低值对应于灰尘等大颗粒,而高值对应于烟雾颗粒等小颗粒;

(3)SSA(Single Scattering albedo)单次散射反照率,定义为散射截面与消光截面之比,指大气粒子在消光之时的散射的部分相对于总消光(散射+吸收)的占比,
如果完全避免粒子吸收波段,则对于粒子单次散射来说SSA=1,如果粒子对光完全吸收,没有散射,则SSA=0; 而气溶胶的吸收特性较为复杂,不仅与其组成成分有关,而且往往与其吸湿特性有关。

(4)FMF(Fine Mode Fraction)气溶胶细粒子比,表征大气气溶胶中的细粒子所占比例,通常用于区分颗粒物大小或者PM2.5反演。

(5)AI(Aerosol Index)气溶胶指数,是后向散射的波长依赖程度的度量,表征气溶胶的吸收性强弱,值越大吸收性越强。

细粒子比计算公式
气溶胶指数计算公式

气溶胶分类方法简述

查阅大量文献显示,一般气溶胶的遥感分类方法主要是利用遥感数据反演的大气溶溶胶特性参数(上述参数等)进行分类,但这种饭利用反演值而非测量值进行分类的方法势必会引入反演误差,
由于反演算法或者模型不准确所导致的误差无法避免。

主要方法特征有吸收性强弱和粒径大小,分别由AI和AE指数表征,可大致分为如下四类:

吸收性 非吸收性
粗粒子 沙尘 海盐
细粒子 碳质 硫酸盐

通过对AI、AE以及AOD设置阈值进行分类,可以区分气溶胶类型,这种方法精度依赖于各参数的反演精度,所以并不能直接有效。

之后的研究中需要直接对原始影像(定标后的辐射亮度)直接进行分类,跳过反演部分,即可避免反演误差,提高分类精度。需要利用到辐射传输模型模拟数值来筛选卫星影像像元类别。
研究中可以利用R-Pstar3辐射传输模型作为辅助,模拟出每个气溶胶类型的辐射光谱,进而利用光谱匹配算法将MODIS数据的光谱和气溶胶进行匹配从而分类出气溶胶类型。

参考文献
[1] Consistency of the aerosol type classification from satellite remote sensing during the Atmospheric Brown Cloud–East Asia Regional Experiment campaign

[2] A global aerosol classification algorithm incorporating multiple satellite data sets of aerosol and trace gas abundances