大气气溶胶专著：《大气黑碳气溶胶遥感技术及应用》

本文摘自《大气黑碳气溶胶遥感技术及应用》前言，内容有所删减，标题为编者所加。

作为全球大气气溶胶的主要人为来源，以黑碳气溶胶为主的强吸收性气溶胶是影响全球气候环境的重要因素。快速有效地分析大气中气溶胶的化学成分含量水平、定量化大气黑碳气溶胶的时空分布，有助于锁定大气污染物的来源、提高黑碳气溶胶辐射效应估计的准确性、掌握气溶胶成分及区域污染特征，为政府制订合理的大气污染防治措施提供重要依据。目前，由于遥感平台的高覆盖性、时效性、经济性等优势，基于不同平台遥感数据的气溶胶反演是实现黑碳气溶胶观测的有效方式之一，因此，深入研究黑碳气溶胶参数反演的定量化方法对环境变化评估具有重要的科学意义与研究前景。

随着《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006—2020年）》“高分辨率对地观测系统”的全面建设，业务和科研单位对于提高我国气溶胶卫星遥感监测的应用水平有着强烈的需求。此外，高精度黑碳气溶胶产品也有助于提升气候环境效应评估的准确性，是当前国内外气溶胶遥感的研究热点。目前，基于遥感平台的大气气溶胶光学特性反演方法已趋于成熟，然而对于气溶胶组分浓度反演的相关研究还较为薄弱。其中基于地基遥感平台的黑碳气溶胶探测尚在起步阶段，基于卫星遥感平台的黑碳气溶胶探测更是存在较大的难度和不确定性，难以满足准确评估气候效应和环境效益的需求。因此，本书旨在详细介绍与评价黑碳气溶胶在大气辐射传输过程中的定量化影响，讨论基于不同遥感平台的黑碳气溶胶反演方法，为提高陆地上空气溶胶遥感监测能力提供了新方向。

内容简介

本书旨在对大气黑碳气溶胶遥感的最新研究进展进行系统的介绍和总结。首先介绍大气辐射传输理论，描述黑碳气溶胶的复杂理化特征和光学散射模型，并探讨黑碳气溶胶在大气辐射传输过程中的敏感性和可标识性。在此基础上，分别介绍基于地基遥感观测和卫星载荷的大气黑碳气溶胶反演模型算法与技术。结合实际科学研究和应用需求，展示区域黑碳气溶胶遥感应用案例，展望未来潜在的发展趋势。

本书可供高等院校遥感专业师生及从事大气气溶胶遥感研究的科研人员参考。

全书目录（下滑查看）

前言

第1章 大气黑碳气溶胶遥感综述

1.1 大气黑碳气溶胶概述

1.1.1 黑碳气溶胶对气候变化的影响

1.1.2 黑碳气溶胶对人体健康的影响

1.2 黑碳气溶胶浓度探测研究进展概述

1.2.1 大气黑碳气溶胶浓度获取方法概述

1.2.2 气溶胶类型识别研究进展

1.2.3 基于地基遥感的黑碳气溶胶浓度反演研究进展

1.2.4 基于卫星遥感的气溶胶吸收特性反演研究进展

第2章 气溶胶光学特性与辐射传输理论

2.1 大气气溶胶光学特性

2.1.1 气溶胶粒子散射特性

2.1.2 气溶胶粒子吸收特性

2.2 大气辐射传输

2.2.1 大气-地表耦合介质中的辐射传输方程

2.2.2 气溶胶多角度偏振散射模拟

2.3 典型大气辐射传输模型

2.3.1 LOWTRAN

2.3.2 MODTRAN

2.3.3 6S/6SV

第3章 黑碳气溶胶的微物理模型

3.1 高浓度气溶胶模型

3.1.1 高浓度气溶胶特征聚类

3.1.2 高浓度气溶胶的微观形态模型

3.2 黑碳气溶胶的光学及微物理特性

3.2.1 黑碳气溶胶的微观形态

3.2.2 黑碳气溶胶的复折射指数

3.3 黑碳气溶胶的微物理模型

3.3.1 有效介质模型

3.3.2 团簇模型

3.3.3 老化过程

3.3.4 吸湿增长

第4章 黑碳气溶胶光学散射模型及理化光学参量敏感性分析

4.1 黑碳气溶胶光学散射模型

4.1.1 Mie模型

4.1.2 T矩阵模型

4.1.3 DDA模型

4.1.4 其他模型

4.2 黑碳气溶胶理化特性对光学特性的敏感性分析

4.2.1 黑碳气溶胶混合模型对气溶胶光学特性模拟的影响

4.2.2 非黑碳气溶胶组分对气溶胶光学特性模拟的影响

4.2.3 黑碳体积比例对气溶胶光学特性模拟的影响

4.3 混合气溶胶吸收特性对大气顶层辐射敏感性分析

4.3.1 气溶胶复折射指数对大气顶层反射率的敏感性

4.3.2 气溶胶粒子谱分布对大气顶层反射率的敏感性

4.3.3 黑碳气溶胶体积比例对大气顶层反射率的敏感性

第5章 黑碳气溶胶地基遥感反演技术

5.1 基于地基遥感数据的黑碳气溶胶浓度反演算法

5.1.1 全球气溶胶自动观测网络AERONET简介

5.1.2 气溶胶化学成分反演理论基础

5.1.3 气溶胶化学成分优化迭代反演

5.2 黑碳气溶胶浓度反演结果评价与分析

5.2.1 不同组分假设下黑碳气溶胶浓度反演结果精度评定

5.2.2 不同气溶胶混合模型假设下黑碳气溶胶浓度反演结果精度评定

5.2.3 不同气溶胶负荷条件下黑碳气溶胶浓度反演结果精度评定

第6章 黑碳气溶胶多角度卫星遥感技术

6.1 基于多角度卫星数据的黑碳气溶胶浓度反演算法

6.1.1 多角度偏振传感器POLDER/PARASOL简介

6.1.2 统计优化插值基本原理

6.1.3 结合先验约束的统计优化插值计算

6.1.4 统计优化插值反演模型的不确定性

6.2 大气黑碳气溶胶浓度卫星遥感反演方案

6.2.1 预处理及云检测

6.2.2 黑碳气溶胶浓度参数以及气溶胶光学特性的最优化插值解算

6.2.3 气溶胶光学厚度及近地面黑碳气溶胶浓度的估算

6.3 反演结果验证

6.3.1 气溶胶光学厚度反演验证

6.3.2 黑碳气溶胶浓度反演验证

6.4 误差来源分析

6.4.1 均匀的黑碳气溶胶垂直分布假设对反演结果的影响

6.4.2 忽略其他弱吸收性气溶胶对反演结果的影响

6.4.3 有效介质模型的应用对反演结果的影响

第7章 黑碳气溶胶多光谱卫星遥感反演技术

7.1 单一角度多光谱卫星数据的黑碳气溶胶浓度反演算法

7.1.1 气溶胶混合模型优化

7.1.2 背景气溶胶模型分析

7.1.3 算法构建

7.2 反演结果与验证

7.2.1 气溶胶吸收特性验证

7.2.2 近地面黑碳气溶胶浓度验证

7.2.3 黑碳气溶胶柱浓度反演与近地面黑碳气溶胶浓度的相关性

7.3 误差来源分析

7.3.1 反演中输入参数的不确定性对反演结果的影响

7.3.2 反演中假设条件对反演结果的影响

第8章 黑碳气溶胶遥感监测应用示范

8.1 地基遥感监测应用示范

8.1.1 污染天气下北京地区黑碳气溶胶浓度

8.1.2 污染天气下北京地区黑碳气溶胶光学特性的变化

8.1.3 全球典型地区站点生物质燃烧气溶胶的类型与时间变化特征研究

8.2 卫星遥感监测应用示范

8.2.1 中国东部黑碳气溶胶污染监测应用示范

8.2.2 南亚生物质燃烧监测应用示范

8.2.3 森林火灾监测应用示范

8.2.4 区域大气黑碳气溶胶时空分布特征

8.2.5 基于长期卫星观测的南亚生物质燃烧气溶胶动态变化特性研究

参考文献

作者简介

程天海，中国科学院空天信息创新研究院研究员，博士生导师，中国环境科学学会环境信息系统与遥感专业委员会委员，中国科学院青年联合会委员，主要从事大气颗粒物散射和遥感机理方向研究，系统性构建了适用于中国区域的气溶胶遥感机理模型，已成功应用于多颗国产卫星载荷。研发的中国区域空气质量遥感数据集及评估报告入选《中国可持续发展遥感监测报告》系列绿皮书，被生态环境部环境规划院采用，为全国大气污染治理效果评估提供重要数据支撑。

包方闻，南方科技大学海洋科学与工程系研究助理教授，深圳市高层次专业人才。先后在中国地质大学（武汉）获得测绘科学与技术学士学位、中国科学院遥感与数字地球研究所获得地图学与地理信息系统博士学位，在南方科技大学进行博士后研究工作。主要从事海气参数定量遥感反演、海气环境污染监测、多尺度大气污染来源解析等研究，主持多项国家、省市级别的基金项目，在大气环境监测与评估取得了一定的研究成果。

吴俣，中国科学院空天信息创新研究院助理研究员，中国科学院青年创新促进会会员，主要研究方向为含碳气溶胶光学模拟与遥感辐射传输机理。主持或参与了国家自然科学基金、高分重大专项、国家空间基础设施、重点研发计划、中科院人才项目等各类国家重点科技项目和地方合作项目20余项。近年来，在Environmental Science & Technology等国外高水平期刊发表SCI论文40余篇，授权发明专利及软件著作权近10项，有效服务了生态环境监测与评估等应用。

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责任编辑：李秋艳 张力群

本文编辑：董墨

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