【摘 要】
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太阳辐射对地球生命有着广泛的影响,为地球大气运动提供能量。在现代工业化进程中,人类活动导致大气系统发生了显著变化,如平流层臭氧量减少、臭氧空洞出现、对流层大气复合污染等现象,全球地表UV-B辐照度也随之发生相应的变化,给人类及生态环境带来了显著的影响,如皮肤癌变、作物产量减少等。因此,监测地表UV-B辐照度具有重要的意义。监测地表UV-B辐照度主要有两种方式:地基监测和卫星监测。地基平台地表UV-
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太阳辐射对地球生命有着广泛的影响,为地球大气运动提供能量。在现代工业化进程中,人类活动导致大气系统发生了显著变化,如平流层臭氧量减少、臭氧空洞出现、对流层大气复合污染等现象,全球地表UV-B辐照度也随之发生相应的变化,给人类及生态环境带来了显著的影响,如皮肤癌变、作物产量减少等。因此,监测地表UV-B辐照度具有重要的意义。监测地表UV-B辐照度主要有两种方式:地基监测和卫星监测。地基平台地表UV-B辐照度的监测存在站点分布稀疏、运行时间短等缺点。相比有限的地基监测,卫星遥感技术可实现全球地表UV-B辐照度的长期监测,因此卫星监测已成为监测地表UV-B辐照度愈发重要的方式。本文基于国产高分五号卫星搭载的大气痕量气体差分吸收光谱仪(Environmental Trace Gas Monitoring Instrument,EMI),利用EMI反演和观测的数据,开展了EMI地表UV-B辐照度的算法研究,完成了EMI地表UV-B辐照度算法的构建,实现了EMI全球地表UV-B辐照度的初步反演。本文首先通过SCIATRAN模型建立晴空像元地表UV-B辐照度查找表,利用EMI各像元对应的太阳天顶角、地表反照率、海拔高度和臭氧总量数据,多维插值计算出晴空条件下的地表UV-B辐照度。为减少构建查找表构建和插值查找所消耗的时间,本文利用SCIATRAN模型进行地表UV-B辐照度影响因素的敏感性分析。基于地表UV-B辐照度的敏感性分析结果,合理地确定晴空地表UV-B辐照度查找表的输入参数节点,计算出EMI晴空像元下的地表UV-B辐照度。然后,开展了有云和有气溶胶场景下校正方法的研究,通过基于朗伯等效反射率的云校正方法和基于气溶胶指数的气溶胶校正方法,实现对晴空条件下地表UV-B辐照度的校正,得到实际情况下的地表UV-B辐照度,完成了全球地表UV-B辐照度的反演。最后,为验证EMI地表UV-B辐照度算法的正确性,采用线性拟合和统计分布的方法,将该算法的结果与同一时间下的欧洲OMI卫星数据、WOUDC站点数据进行了对比,其中与OMI数据的相关性系数R大于0.9,与WOUDC站点数据的相关性系数R达到0.91以上,两者的相关性系数均表明该方法的结果与OMI数据和WOUDC数据具有较高的一致性。但仍然存在一些不足,EMI载荷的地表UV-B辐照度反演算法在地表反照率较低的区域具有较高的准确性;而在地表反照率较高的区域,其结果偏大。总体来说,EMI载荷的地表UV-B辐照度产品准确性较高,可以为后续地表UV-B辐照度等相关产品的发布提供研究基础,也证明了该载荷在全球地表紫外辐射时空分布监测应用中的能力,为长期监测地表UV-B辐照度的时空变化研究提供了依据。
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