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地理科学学院《遥感原理与应用》讲义地物的波谱特性与大气对遥感监测的影响目录1 绪........................................................................................................................................... - 4 -1 电磁波谱及大气对遥感监测的影响…………………………………………..-31.1 电磁波及电磁波谱 ................................................................................................. - 4 -1.1.1 电磁波................................................................................................................ - 4 -1.1.2 电磁波谱............................................................................................................ - 4 -1.2 大气对遥感监测的影响 ........................................................................................ - 5 -1.2.1 大气成分............................................................................................................ - 5 -1.2.2 大气结构............................................................................................................ - 5 -1.2.3 大气对太阳辐射的影响.................................................................................... - 6 -1.2.3.1 大气的反射作用........................................................................................... - 6 -1.2.3.2 大气的吸收作用........................................................................................... - 6 -1.2.3.3 大气的散射作用........................................................................................... - 7 -1.2.3.4 小结.......................................................................................................... - 10 -1.2.4 大气窗口.......................................................................................................... - 10 -2 地物的波谱特性......................................................................................................... - 11 -2.1 地物波谱与地物波谱特性.................................................................................. - 11 -2.1.1 地物波谱.......................................................................................................... - 11 -2.1.2 地物波谱特性.................................................................................................. - 11 -2.2 地物的反射波谱特征........................................................................................... - 11 -2.2.1 地物反射与反射类型...................................................................................... - 12 -2.2.2 地物的反射率.................................................................................................. - 12 -2.2.2.1 概念及影响因素......................................................................................... - 13 -2.2.2.2 差异的意义 ............................................................................................... - 13 -2.2.3 地物反射波谱与反射波谱曲线...................................................................... - 13 -2.2.3.1 概念.......................................................................................................... - 13 -2.2.3.2 不同地物不同反射波谱及其意义................................................................. - 14 -2.2.3.3 几种常见地物的反射波谱曲线特征 ............................................................. - 14 -2.3 地物的发射波谱特征........................................................................................... - 16 -2.3.1 黑体辐射.......................................................................................................... - 16 -2.3.2 实际物体辐射.................................................................................................. - 17 -2.3.2.1 基尔霍夫定律............................................................................................ - 17 -3 地物波谱曲线的作用 .............................................................................................. - 18 -4 心得体会......................................................................................................................... - 19 -5 思考题及参考答案.................................................................................................... - 20 -6、图表目录…………………………………………………………………………………-14图1-1 电磁波谱图……………………………………………………………………- 4 图1-2 大气垂直分布图...............................................................................................- 4 图1-3 大气吸收谱…………………………………………………………………….- 6 图1-4 散射光强分布图………………………………………………………………- 7 图1-5 瑞利散射与波长的关系……………………………………………………..- 8 图1-6 米氏散射……………………………………………………………………….- 8 图1-7 无选择散射…………………………………………………………………….- 9 图1-8 大气吸收与大气窗口示意图………………………………………………-10 图2-1 镜面反射……………………………………………………………………....-11图2-2 漫反射………………………………………………………………………….-11图2-3 方向反射……………………………………………………………………....-11 图2-4 瑞利准则的推导……………………………………………………………..-12 图2-5 雪、沙漠、湿地、小麦反射波谱曲线………………………………….-13图2-6 叶子的反射波谱曲线……………………………………………………….-14 图2-7 水体的反射波谱曲线………………………………………………………..-14图2-8 三种土壤的反射波谱曲线…………………………………………………-15图2-9 几种岩石的反射波谱曲线…………………………………………………-15 图2-10 不同温度下的黑体波谱辐射通量密度曲线……………………………-16图2-11 不同温度时黑体辐射的峰值波长………………………………………..-16表1-1 常用的波段……………………………………………………………………- 6表2-1 一些地物（温度20度）的发射率……………………………………….-127、小组分工…………………………………………………………………………………-16遥感物理基础§1 绪遥感（remote sensing）即“遥远的感知”，是一门集中了卫星技术、电子技术、光学技术、计算机技术、通讯技术以及地球科学等多种科学，利用航天、航空探测器对陆地、海洋、大气、环境等进行检测与测绘的综合性很强的新型探测技术。
气象科技合作动态2019年第2期赴美国国家大气研究中心（&C A R)短期访问总结程兴宏(中国气象科学研究院，北京100081)1概况根据国家自然科学基金项目“基 于卫星资料同化及W R F云-辐射耦合 模式的太阳能模拟和预报改进方法研 究”工作的需要，应美国国家大气研究 中心（N CAR)中尺度微尺度气象研究 实验室（MMM)刘志权博士邀请，2018 年5月15日至10月31日，中国气象 科学研究院程兴宏赴N C A R进行了 短期合作研究。
在美期间主要开展了 以下工作：（1) 了解N C A R大气化学 模式和气溶胶激光雷达资料同化最新 研究进展*2)初步发展了基于敏感性 分析和三维变分的污染源同化方法；(3)初步研究了基于C R T M辐射传输 模式的气溶胶激光雷达资料同化。
2 N CA R大气化学模式和资料同化在美期间参加了由N C A R主办 的2018年W R F模式学术研讨会和大 气化学模式基础培训会，了解了由N C A R和美国国家海洋和大气管理局 (N O AA)为主研发的空气质量预报模 式W RF-Chem和下一代大气化学模式 MICM (Model-Independent Che-mistryModule)的最新研究进展，并与 N C A R相关专家交流了气溶胶激光雷 达 同。
2.1大气化学模式最新研究进展2018年6月发布的最新版本WRF-Chem v4. 0模式主要更新内容包括：①发展了基于平流层臭氧计算的位涡参数化方案；②更新了 m o s aic气溶胶化学机制； ③更新了MO-Z A R T臭氧和相关痕量气体的气相化 学机制；④增加了与气溶胶热动力模式ISO RRO PIA耦合的非均相气相化 学机制选项；⑤增加了积分反应率诊断选项；⑥在辐射传输方案中增加了气溶胶-辐射反馈诊断项。
进 行 WRF-Chem 模 式改进工作包括：①发展大气化学数据同化研究测试平台W RF-Chem/ D A R T;②发展W RF-Chem伴随模式；③发展臭氧示踪方法；④发展RACM2气相化学机制，以便更好地模 拟二次气溶胶；⑤发展适用于W RF-Chem模式的全球人为源排放清单处理工具；⑥基于卫星遥感火点辐射功率数据反演火点排放源和模拟烟羽抬 升过程。
CE318太阳光度计技术手册中国气象局监测网络司编写说明为了满足中国气象局沙尘暴站业务化运行的需求，同时，为观测人员了解测量原理、对仪器进行操作和维护提供指导，为研究人员开展科研工作提供参考，有关专家和有经验的业务技术人员共同编写了本材料。
本材料由中国气象科学研究院中国气象局大气成分观测与服务中心、北京市气象局和国家卫星气象中心共同组织编写。
目 录1 概述 (1)2 系统结构及原理 (1)2.1 仪器工作原理 (1)2.1.1 大气光学厚度 (1)2.1.2 气溶胶参数 (2)2.1.3 改进Langley法 (2)2.2 仪器结构 (3)2.3 技术指标 (5)3 系统安装及操作方法 (5)3.1 系统安装 (5)3.2 操作方法 (6)3.2.1 太阳光度计的启动和关闭 (6)3.2.2 重要操作指令列表 (8)3.2.3 天空扫描测量 (12)3.2.4 自动模式测量 (13)3.3 日常检查 (14)4 系统维护与校准 (14)4.1 系统维护 (14)4.1.1 检查系统的完整性 (14)4.1.2 检测电池电压 (14)4.1.3 检测仪器的时钟 (15)4.1.4 检测机器人臂和光学头是否水平 (15)4.1.5 检测仪器的跟踪和对准器 (15)4.2 系统定标 (15)5 数据及格式 (16)6 安全及注意事项 (16)7 附录 (18)7.1 日检查表 (18)7.2 周检查表 (19)1 概述大气气溶胶光学厚度的测量可反映气溶胶粒子对太阳辐射的消光作用。
世界气象组织的全球大气观测网（WMO-GAW ）将大气气溶胶光学厚度的观测作为基本观测项目，目的是对全球大气气溶胶的变化趋势进行长期观测，进而研究其对全球和局地气候变化的影响。
同时气溶胶光学厚度的地基观测结果，也是对卫星光学遥感校准的一种重要的手段。
WMO-GAW 推荐了两种通过直接测量太阳分光辐射求出气溶胶光学厚度的方法，一种方法是采用一组短波截止滤光片和直接日射表相配合进行测量，另外一种是使用太阳光度计的测量方法。
第35卷第2期哈尔滨师范大学自然科学学报NATURAL SCIENCES JOURNAL OF HARBIN NORMAL UNIVERSITYVol.35,No.22019二氧化碳观测卫星遥感反演研究进展吕政翰，赵越**收稿日期:2019-02-01 *通讯作者(哈尔滨师范大学;黑龙江省普通高等学校地理环境遥感监测重点实验室)【摘要】二氧化碳(C02)是大气中主要的温室气体，利用卫星平台观测大气干空气柱中对流层二氧化碳气体体积混合比(xco2)是当前温室气体监测的主流手段.首先介绍了5种具备近地面XCO2浓度观测能力的卫星平台，并以GOSAT卫星的短波红外二级数据产品为例，重点介绍了中国2009-2016年大气XCC>2浓度的时空变化情况.结果表明，中国XCO2浓度高值区主要出现在东南部，西部地区以及高纬度地区XCO2浓度相对较低.8年间XCO2平均浓度为392.28ppm,并以2.28ppm/a的速度持续增长.XCO?浓度随NDVI有明显的季节变化，春季最高，夏季最低，年平均变化量达到6.2ppm.【关键词】C02浓度;卫星参数；时空变化中图分类号:P407文献标识码:A文章编号:1000-5617(2019)02-0093-070引言工业革命以来，化石燃料的燃烧向大气中排放了大量的温室气体，温室气体通过温室效应，吸收地表和大气发射的长波辐射,影响地气系统辐射收支平衡,从而导致全球气候变化,对人类社会的生存和生活方式有着显著影响⑴•作为大气主要的温室气体,C02被认为是控制全球温度的关键因素•根据IPCC官方统计，人类仅用了240年左右的时间就使得大气中C02浓度从280ppm上升到355ppm[2，到了2017年中国大陆地区C02的平均浓度已然超过了400ppm (ppm：parts per million).根据NOAA观测结果表明,20世纪以来,全球近地面气温平均上升约0.74七⑶，若温度持续上升，将导致两极冰川加速融化、海平面上升、亚热带地区沙漠化、极端天气频发和物种灭绝等一系列不可逆的自然灾害,最终将威胁到人类的生存环境•大气二氧化碳(CO?)温室效应强、含量高并且存留时间长，因此被认为是全球变暖的首要温室气体，对温室效应的贡献率高达65力⑷.大气CO2浓度地基观测站点开始于20世纪50年代后期，来自SIO(Scripps institution of Oce-anography)的C.D.Keeling在莫纳罗亚山、夏威夷和南极开始了精确的大气C02的长期系统测量⑸.从1989年开始，世界气象组织WM0 (World Meteorological Organization)建立了全球大气观测系统，可以监测全球温室气体的浓度变化•截止到目前，已有分布在60个国家的近168个站点，逐步形成了覆盖全球各纬度的观测网，满足全球变化等相关研究需求,也为系统研究温室气体浓度的动态变化规律提供了重要的观测数据支持⑹.虽然基于地基的传统大气C02探测方法具有实测精度高、可靠性强等特点，但测94哈尔滨师范大学自然科学学报2019年第35卷量结果都是单点的局地测量，缺乏对全球范围或区域大尺度监测的能力和统一的探测方法，所以发展卫星观测CO2是解决这种限制，实现全球变化研究的重要方法和技术手段.基于卫星平台的遥感反演监测方法，可以提供全球区域范围内，长时间序列的影像观测数据,已经成为大气环境质量评价，温室气体监测的主流手段図.其中搭载于2002年3月发射升空的ENVISAT卫星的SCIAMACHY(SCanning Imaging Absorption SpectroMeter for Atmospheric CHartographY)传感器具有大气监测能力，不仅可以提供全球2003-2012年间每月的大气温室气体CO2,CH4浓度数据同时也能提供每月的NO2,Oy3等痕量气体数据.但由于SCIAMACHY 不是专门设计用于监测温室气体的卫星传感器并且年代久远，其时空分辨率以及数据精度受到一定的硬件技术限制•随着科技水平的进步以及人们对高精度温室气体监测的需求，日本于2009年成功发射了全球第一颗专门用于温室气体监测的卫星GOSAT(Greenhouse Gases Observing Satellite).GOSAT卫星可以获取每3天一次重访周期,10.5km空间分辨率的大气对流层柱浓度总量数据，极大的提高了温室气体监测能力•随后，美国于2014年7月成功发射了具有超高空间分辨率(1.29x2.25km2)的0C0-2(Or-biting Carbon Observatory)卫星(0C0-1发射失败)，重访周期为16d.中国于2016年12月发射升空了全球第三颗自主研制的温室气体监测卫星“碳卫星"(TanSat).2018年10月29日，日本GOSAT-2升空，更进一步提高了全球温室气体碳排放卫星监测精度要求.近年来，随着温室效应的加剧，卫星遥感技术与研究的日益发展，从事碳排放相关研究工作的人员越来越多•鉴于此,针对不同国际主流的温室气体观测卫星遥感数据源进行了概括与总结，进而在一定程度上为大气环境监测相关人员提供一定的参考价值，并为中国大气环境保护及碳循环追踪研究提供参考依据.1CC>2卫星观测平台而来并经过地面反射回太空的近红外能量,形成了独特的C02吸收光谱曲线肮).利用SCIAMACHY,GOSAT和0C0-2等卫星仪器设备，对地表反射回来的近红外光谱信息进行接收并记录.并根据光谱曲线的深度和形态，结合高精度的反演算法，可以定量反演出大气中XCO2的浓度观测数据.在大气XCO2浓度的反演中，波段的选择是需要面对的首要问题之一.一般情况下选择1.61pn附近的波段为主要的C02吸收带，这是由于这一波谱区对近地表C02浓度较为敏感，并且波谱吸收曲线不会因C02浓度的增加而接近饱和•除此之外,还可以避免其他气体的吸收干扰•但是在实际应用中，还需要采集位于0.76|im的02带和2.06pim的强C02吸收带来限制大气气溶胶的影响，并且。
第17章大气成分测量17.1 概述本指南中本章的主要目的是，介绍测量大气成分中不同组分的专门化仪器和方法，并侧重于那些能引起污染的人为组分。
此类测量通常与本指南前面各章中介绍的基本气象要素的测量紧密关联。
测量这些成分的主要目的是为了研究气候变化、提出有效措施以减轻对环境的负面影响并直接保护人类的健康。
世界气象组织（WMO）已建立了全球大气监测网（GAW），来协调由WMO成员国实施的大气污染测量。
GW A计划综合了大量的监测和研究活动，涉及大气化学和物理特性的测量。
它作为早期的预警系统，检测大气中温室气体、臭氧层、空气污染物的长距离传输、降水的酸性和毒性、气溶胶大气负荷的进一步变化。
经WMO执行委员会批准，由GAW自1989年6月起加强并协调WMO自1950年开始的环境数据收集计划。
GAW吸收了全球臭氧观测系统（GO3OS）、背景空气污染监测网（BAPMoN）及其它较小的网络。
GAW为全球的监测和数据评估提供框架设计、标准、相互校准和数据收集系统。
测定的主要变量有：（a）温室气体：包括二氧化碳、氟氯烃、甲烷和氧化亚氮；（b）臭氧：包括地面臭氧、臭氧柱总量、垂直廓线和前体物气体；（c）辐射和光学厚度或大气透明度：包括浑浊度、太阳辐射、紫外B辐射、能见度、大气气溶胶颗粒总负荷、水汽；（d）沉降的化学组分：包括硫和氮的化合物的干、湿沉降、重金属（随降水）的湿沉降；（e）反应性气体种类：包括二氧化硫和还原性硫、氮氧化物和还原性氮、一氧化碳；（f）颗粒物浓度和组成特征；（g）放射性核素：包括氪-85、氡、氚、选定物质的同位素组成。
用于定量和定性测定大气组分的仪器和方法通常较为复杂，有时不易操作。
因此，为了准确、可靠地测量，除了正确的操作外，设备必须定期校准，质量保证也至关重要。
这里所描述的测量，大多要求有一定职业水准的专门人员深入参与，才能获得好的结果。
17.2 特殊变量的测量对大气成分精确、有效的测量依然是一项艰巨的任务，主要起因于所测化学物种的极低浓度、复杂的测量和分析规程的频繁需求以及设备标定时出现的问题等。
气溶胶卫星遥感的辐射传输方程1、概述气溶胶是大气中的颗粒物质，对大气光学特性和气候变化有着重要的影响。
对于气溶胶的监测和遥感研究成为了大气科学领域中的一个热门话题。
在现代卫星遥感技术的支持下，气溶胶的遥感研究迎来了一个全新的发展阶段。
本文将重点介绍气溶胶卫星遥感的辐射传输方程。
2、气溶胶的光学特性气溶胶颗粒对太阳光的散射和吸收是其光学特性的重要表现。
光学特性决定了气溶胶颗粒对光的影响程度，进而影响了遥感观测的准确性和精度。
了解气溶胶的光学特性对于遥感研究至关重要。
3、辐射传输方程辐射传输方程描述了光在大气和气溶胶中传播的规律。
它是理解气溶胶遥感的基础，也是研究气溶胶影响的重要工具。
辐射传输方程的基本形式包括辐射传输方程、辐射传输方程、辐射传输方程和辐射传输方程。
在对气溶胶进行遥感观测时，需要根据具体的情况选择合适的辐射传输方程进行分析和计算，以获得准确的遥感结果。
4、气溶胶卫星遥感气溶胶卫星遥感是利用卫星载荷对地面上的气溶胶分布进行遥感观测的一种技术手段。
通过对大气中光谱的遥感观测，可以获取气溶胶的光学厚度、粒径分布、组成成分等信息，为大气和气候研究提供了重要的数据支持。
气溶胶卫星遥感在监测大气污染、预测天气变化、研究气候变化等方面具有重要的意义，受到了广泛关注和应用。
5、结论气溶胶卫星遥感的辐射传输方程是气溶胶遥感研究的重要基础，对于理解气溶胶在大气中的分布和变化规律具有重要意义。
通过深入研究和探讨气溶胶的光学特性和辐射传输方程，能够更好地促进气溶胶遥感技术的发展和应用，为大气环境保护和气候变化研究提供有力支持。
在气溶胶卫星遥感的发展过程中，我们需要不断完善和改进辐射传输方程的理论和方法，加强对气溶胶光学特性的研究和观测，提高遥感观测数据的准确性和可靠性，促进气溶胶遥感技术的广泛应用和推广，为人类社会的可持续发展贡献力量。
参考资料：[1] 李海平, 刘路, 肖志恒. 气溶胶遥感大气辐射传输研究资料(xxx[2] 唐祥麟, 罗钟發. 大氣环境科学(xxx[3] 刘培一, 戴世勇, 於根宏. 气溶胶光学特性及其应用(xxx、气溶胶光学特性的观测与研究气溶胶光学特性的观测和研究是气溶胶遥感技术的重要组成部分。
