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基于MODIS数据气溶胶反演建模与网格计算中间件研究

作　者: 唐家奎
导　师: 薛勇
学　校: 中国科学院研究生院（遥感应用研究所）
专　业: 地图学与地理信息系统
关键词: 气溶胶反演 气溶胶光学厚度 MODIS 地表反射率 TERRA AQUA 网格计算 遥感信息处理网格节点 DDV
分类号: X513
类　型: 博士论文
年　份: 2005年
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内容摘要


利用卫星数据遥感陆地气溶胶一直是国际上研究的难点与热点。目前国际上常用的气溶胶反演算法需要假定气溶胶类型或利用其他统计关系事先估计出地表反射率模型等参数,因此,对反演结果的精度存在极大影响。利用新一代传感器MODIS(中分辨率成像光谱仪)数据,DDV(Dark Dense Vegetation)算法反演陆地气溶胶的分布以及性质已经取得了较好的效果。然而,该算法只适用于诸如水体、浓密植被等较低地表反射率区域,大大限制了该算法的实际应用范围,尤其是无法应用于城市等亮地表区域气溶胶的遥感反演。 本文中研究致力于解决的关键问题为无须上述假设或利用其他统计关系事先估计出地表反照率,而将地表真实反照率作为反演目标变量之一。使陆地气溶胶的反演,不再受地表反射类型的限制,对于较高反射率的地表依然有效,解决目前国际上高反射率下垫面气溶胶反演无效的难题,扩大气溶胶反演算法的适用范围。提高陆地气溶胶尤其是城市等亮地表下垫面区域的反演精度。 本文中提出了基于利用TERRA和AQUA双星MODIS数据的协同反演模型算法(SYNTAM-Synergy of Terra and Aqua MODIS),用以反演陆地气溶胶的光学厚度等信息。该算法实现了地表反射率与气溶胶光学厚度的同时反演,可应用于各种地表反射率类型,包括城市等亮地表区域。我们以北京以及周边地区为示范区,进行了初步的反演应用研究,并通过与国际AERONET的地面观测数据对比进行了初步的反演验证,结果表明,该算法具有较高的精度,进一步的验证工作还在继续。 另外,本文中将探索国际上最新的科学计算技术-网格计算(Grid Computing)在气溶胶遥感中的示范性应用,开发了基于网格计算平台的高通量遥感信息处理网格节点内的气溶胶反演(GCP-ARS)(Grid Computing Platform for Aerosol Remote Sensing)中间件,实现了典型的气溶胶遥感反演算法在网格计算平台下的并行及应用,用以解决气溶胶反演的计算量大,耗时长,获得反演结果的时效性差等问题,进而实现气溶胶的快速遥感反演。

全文目录


摘要  5-7
Abstract  7-9
第一章 绪论  9-24
  1．1 大气气溶胶简介  9-12
    1．1．1 气溶胶对气候的影响  10-11
    1．1．2 气溶胶对环境的影响  11
    1．1．3 气溶胶对遥感研究的影响  11-12
  1．2 气溶胶遥感的意义与难点  12-14
  1．3 气溶胶遥感的国内外研究现状及发展趋势  14-19
    1．3．1．气溶胶的地基遥感  15-16
    1．3．2 气溶胶的卫星遥感  16-19
  1．4 陆地气溶胶光学厚度遥感反演方法与问题  19-21
  1．5 本文的主要研究内容  21-22
  1．6 本文的主要研究方法  22-24
第二章 利用TERRA和AQUA双星MODIS数据协同反演算法  24-43
  2．1 SYNTAM算法描述  24-28
  2．2 反演实例1  28-33
    2．2．1 数据与处理  28-29
    2．2．2 反演结果、验证以及讨论  29-33
  2．3 反演实例2  33-41
    2．3．1 数据与处理  33
    2．3．2 反演结果、验证以及讨论  33-41
  2．4 本章小结  41-43
第三章 基于SYNTAM模型的地表反射率反演  43-56
  3．1 地表反射率遥感概述  44-46
  3．2 基于SYNTAM模型的地表反射率反演  46-49
  3．3 地表反射率反演实例  49-55
    3．3．1 数据描述以及反演流程  49-50
    3．3．2 结果验证与分析  50-55
  3．4 本章小结  55-56
第四章 网格计算平台上气溶胶反演(GCP-ARS)中间件  56-76
  4．1 网格计算技术概述  56-66
    4．1．1 网格计算概念及其特点  56-58
    4．1．2 网格系统的分类  58-59
    4．1．3 网格计算的发展  59-61
    4．1．4 网格的研究现状  61-66
  4．2 基于网格计算平台气溶胶反演的意义  66-67
  4．3 网格计算平台上气溶胶反演(GCP-ARS)中间件  67-72
    4．3．1 GCP-ARS的研究内容  68-69
    4．3．2 GCP-ARS的开发的技术路线  69
    4．3．3 GCP-ARS系统结构及特点描述  69-72
  4．4 GCP-ARS系统的开发现状  72-74
  4．5 本章小节  74-76
第五章 GCP-ARS的DDV算法模块设计与实现  76-99
  5．1 DDV算法概述  77-81
  5．2 气溶胶反演查询表建立子模块  81-90
    5．2．1 查询表(LUT)建立原理  81-83
    5．2．2 查找表的建立步骤  83-84
    5．2．3 模块(GCP-ARS／LUTGEN)的设计与实现  84-85
    5．2．4 基于GCP-ARS的气溶胶反演查询表建立试验与分析  85-90
  5．3 气溶胶反演查询计算子模块  90-97
    5．3．1 模块的设计与实现  91-96
    5．3．2 基于GCP-ARS的DDV算法气溶胶反演试验  96-97
  5．4 本章小结  97-99
第六章 GCP-ARS的6S代码二分查找算法模块设计与实现  99-106
  6．1 6S代码二分查找算法概述  99-101
  6．2 模块的设计与实现  101-102
  6．3 基于GCP-ARS的6S代码二分查找算法的气溶胶反演试验  102-104
  6．4 本章小结  104-106
第七章 结论与展望  106-110
  7．1 论文结论与创新点  107-109
  7．2 问题与展望  109-110
参考文献  110-121
攻读博士期间参加的科研项目  121-122
攻读博士期间论文发表情况  122-124
致谢  124-125

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中图分类: > 环境科学、安全科学 > 环境污染及其防治 > 大气污染及其防治 > 粒状污染物
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