遥感反演气溶胶光学厚度（AOD）

气溶胶光学厚度

气溶胶是一种混合的分散体系，它是由液体状态的小质点、固体状态的小颗粒又或者是固体及液体相互混合状态的胶状物以气体为载体共同构成的并且悬浮于大气气体介质中的多相体系。 气溶胶光学厚度（Aerosol Optical Depth，AOD），这一物理量被用来衡量气溶胶最基本的光学特性，它描述的是气溶胶对光的衰减作用。其定义为：气溶胶的消光系数沿着辐射传输的方向在其垂直路径上的积分。 光学遥感反演AOD主要困难在于如何实现地-气系统的解耦，从表观反射率中同时解算出地表反射率与大气反射、散射。现在对于光学遥感来说，反演气溶胶光学厚度常用方法有两种，分别为“暗目标法”与“深蓝算法”。

在光学遥感中，由于波长较短，蓝波段地表反射率一般都比较低，相对来说大气所造成的反射与散射就比较多，因此一般都是通过蓝波段反演气溶胶光学厚度。

在获取蓝波段地表反射率后，可根据下面的公式对气溶胶光学厚度进行反演。

其中，

为表观反射率，

为气溶胶反射率，

为瑞利散射，

为地表反射率，

大气下行透过率，

为大气上行透过率。

深蓝算法

“深蓝算法”与“暗目标法”就是获取蓝波段反射率两种方法。深蓝算法就是直接使用已经做好的表反射率产品。例如，在使用Landsat数据进行AOD反演时，可以使用MODIS的地表反射率产品。

现在常用的地表反射率产品就是MODIS反射率产品，MOD09Q1和 MYD09Q1都有500m分辨率的蓝波段数据。

有的论文里面会对这种地表反射率数据做一定的处理再进行AOD的反演，例如可以对多期影像计算其变异系数，通过变异系数选取较为稳定的地表反射率。

暗目标法

在植被比较茂密的区域地表反射率较低，因此称为暗目标。研究表明，在植被茂密的区域，短波红外波段、红波段与蓝波段地表反射率具有较好的线性关系。而短波红外因为波长较长受大气影响较小，因此可通过短波红外计算蓝波段与红波段的地表反射率。

通过两个红蓝两个波段解算AOD精度会更准确，Landsat在进行大气校正过程中就会使用这两个波段。具体的方法可以参考我之前的那篇推文。浅析Landsat8大气校正算法（LaSRC）

而国产GF系列卫星，基本上都没有短波红外波段，很多研究就用红波段表观反射率计算蓝波段地表反射率。红波段受大气影响相对较小，就将其表观反射率看做为地表反射率。红蓝波段在暗目标区域的比例大约是2:1，这个比例关系可以根据实测数据进行一定的调整。由此，我们就可以获取蓝波段的地表反射率。

反演方法

在获取蓝波段地表反射率后，我们就可以根据公式与辐射传输模型对AOD进行反演。我们需要根据辐射传输模型建立查找表。其中，AOD可以依次设为0.0005、0.25、0.5、0.75、1.0、1.25、1.5、1.75、2.0（可根据需要设置）。对影像上每个像元，通过该像元的成像条件（地表反射率、天顶角、方位角等）在查找表中获取不同AOD条件的表观反射率，建立回归方程，然后将真实的表观反射率带入方程，就可以结算出来该像元的AOD。

注意：研究表明，暗目标法比深蓝算法精度高，不过暗目标法只适用于植被覆被较高的区域，对沙漠等区域就难以反演气溶胶光学厚度。

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