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近年来随着经济发展,气溶胶(Aerosols,或者PM)造成的环境污染问题日益突出。PM作为城市污染物的主要成分,严重影响城市空气质量和人类健康。与有限的地基监测相比,卫星观测在监测气溶胶光学厚度(ADD)的分布方面具有巨大优势。卫星AOD与地面PM质量浓度有内在联系,两者的关系受到AOD精度、气溶胶垂直分布、气象要素和气溶胶大小及组分的影响。通过对卫星AOD进行垂直分布订正和相对湿度的影响订正,可以获得地面PM10、PM2.5的分布。目前在国际上主流研究中AOD反演精度为±20％,而从AOD获得PM2.5的精度为±30％。本文采用了香港地区2007-2009三年的MODIS卫星资料、激光雷达资料和地面气象资料,研究了对卫星AOD进行垂直订正和湿度订正的方法。此为还采用了2009年全球的MODIS卫星资料,通过考虑气溶胶模态的外插方法获得了全球海陆高精度的紫外AOD产品。本文工作共有以下几个方面: (1)研究了卫星过境时刻的PM数据对所有时刻PM数据的代表性问题。由于云、地表状况和过境时间的限制,可用于反演地面PM的卫星AOD数据量非常有限。本文参考前人方法,利用中国东部PM10的观测数据和Terra-MODIS、Aqua-MODIS卫星的过境时间,发现在月、季、年平均尺度上卫星过境时刻地面PM10对全时刻的平均PM10具有代表性。并且Aqua-MODIS过境时间数据更接近于全时刻数据。本文还利用两颗卫星过境时刻数据拟合得到新的订正方法。由于PM2.5包含于PM10中,此结果对卫星对应PM2.5的代表性具有一定指导意义。 (2)结合物理定律计算了谱分布、边界层高度和相对湿度的扰动对卫星AOD和地面PM2.5的影响。在计算过程中,使用了双模态外混合的Mie散射模型和MODIS第二代陆地算法中的气溶胶模型。发现粒子谱中细粒子的体积平均半径对气溶胶消光影响最大;边界层高度和相对湿度的扰动对AOD有重大影响。 (3)研究了对MODIS卫星数据进行垂直订正和湿度订正的方法。不同于广泛使用的指数模型,本文结合激光雷达资料,采用了代表MODIS卫星过境时刻的新气溶胶分布模型。在湿度订正方法上,本文去掉了细粒子比FMF小于60％的情况,结合地面能见度资料拟合了适用于香港地区的湿度增长因子公式,应用到湿度订正中。并在前人研究基础上考虑湿度的垂直分布,参考了混合层内湿度分布的零阶模式,提出新的湿度分布模型,与前人传统的湿度订正相比得到了更好的订正结果。 (4)通过外插MODIS可见光AOD获得高精度紫外AOD产品。利用AOD的波长依赖性,提出了考虑粒子模态的外插方法,获得全球海上和陆地的340nm、380nm的AOD产品,与AERONET数据比较,其结果优于OMI产品。 本文的创新性主要在三个方面:1.分析了卫星数据对中国东部地区PM10的代表性问题并且提m利用两颗卫星订正地面PM10的新方法。2.采用适用于MODIS卫星的气溶胶垂直分布模型,和考虑了湿度垂:卣分布的湿度模型,提高了垂直订正和湿度订正的效果。3.提出考虑了气溶胶粒子模态的外插方法,获得了全球海上和陆地的340nm、380nm的紫外AOD产品,与AERONET数据比较,其结果优于OMI产品。不足在于采用的湿度模型比较粗糙,未来工作希望通过气象模式(如WRF等)和资料同化,提高湿度模拟的精度,进行更加细致的湿度订正。