卫星遥感气溶胶的不确定性和对其长期趋势的监测影响:审查和观点_百度文

卫星遥感气溶胶的不确定性和对其长期趋势的监测影响：审

查和观点

摘要：由于气候研究越来越多地关注气溶胶，因此已经产生了许多全球卫星气溶

胶产品。气溶胶参数和强化物理过程现在被纳入许多通用循环模型（GCM）中，

以通过它们与能量和水循环的相互作用来解释其对地球气候的直接和间接影响。

然而，存在这些卫星产品存在重大差异的突出问题，必须大幅度降低，以缩小气

溶胶气候影响的估计范围。在本文中，针对一些广泛使用和相对较长的卫星气溶

胶产品，包括AVHRR，TOMS，MODIS等，针对气溶胶光学深度（AOD）检索中的许

多关键不确定因素，MISR和SeaWiFS。根据影响被动卫星气溶胶检索质量的四个

关键因素，我们系统地回顾了为这些传感器开发的算法：校准，云屏蔽，气溶胶

类型分类和表面效应。为了进一步了解这些不确定因素，NOAA AVHRR数据用于

进行各种测试，有助于估计每个因素引起的不确定性范围。最后，提出了应对这

些问题的建议，并为环境监测和气候研究制定了一个统一和统一的高质量气溶胶

数据库。

1 简介

工业化和人类活动导致大量微量气体和气溶胶粒子释放到大气中。气溶胶是

影响辐射能量传递的主要大气变量，也是水汽转化为云滴和雨滴的主要大气变量。

因此，大多数的大气环流模型（GCM）现在将气溶胶参数和物理过程与气溶胶的

能源和水的循环，气候气溶胶的直接和间接影响是可以解决的。然而，气溶胶仍

然是估计气候强迫的最大不确定性之一（IPCC，2007），这在很大程度上是由于

全球尺度缺乏可靠的测量。气溶胶的气候迫使许多全球的估计基于模拟的化学传

输模型（CTM）加上或由GCM（下巴et al.，2002；汉森等人，2002；Ramaswamy

et al.，2001；Takemura等，2002）。由于全球卫星反演气溶胶产品问世（King

et al.，1999；考夫曼等，2002）结合增加地面气溶胶观测站数（Holben等人，

1998），建模的研究开始使用观测数据对模型的不确定性。然而，在气溶胶直接

辐射强迫一些建模的研究中估计仍存在很大差异（Bellouin et al.，2005；郑

et al.，2005；余et al.，2006；Zhao et al.，2008a）利用卫星产品由不同

传感器产生不同的检索算法。

图1。不同卫星输入数据和自2000以来重叠期的反演算法在海洋上全球平均AOD的比较。

假设不同的气溶胶模型（甚至检索气溶胶模型，如MODIS算法），不同的检索算法。将AOD

从检索渠道标准550nm取决于用或检索和外推可能引入额外的误差的气溶胶模型，尤其是使

用固定的气溶胶模型的算法（如图）。因此，我们决定在代替外推到标准波长550nm的AOD

检索通道显示。

作为测量的气溶胶，气溶胶光学厚度（AOD）是一个基本的光学特性衍生出

许多地球diobrvation卫星（AVHRR、MODIS、MISR，T 5oms / OMI，SeaWiFS，

等）从上世纪70年代末到现在。虽然一些国际比较研究（King et al.，1999；

李等，2009）进行，对造成差异的原因进行了一些见解（Jeong et al.，2005；

Jeong和李，2005；Zhao et al.，2005A，B；卡恩et al.，2007；kokhanovsky

et al.，2007；Mishchenko等人，2007，2009；刘和Mishchenko，2008），进展

一直缓慢，协调差异，并生成集成的产品，优势，个别产品的同时保留自己的弱

点，规避或减轻（金尼等人，2006, 2009）。

这给用户社区在从丰富的库存中选择气雾剂产品提出了最大的挑战。此外在

使用建模的研究，集成的产品应该提供一个无缝的长期时间序列监测由于自然或

人为原因任何趋势变化（Mishchenko等人，2007年b）。由于越来越多的气雾剂

产品将从新的传感器产生的（例如，CALIPSO，阳伞，外膜蛋白，APS，VIIRS），

一致性问题显得更加尖锐。这是在图1中显示的海洋上的几个突出的气雾剂产品

近几年同期使用不同的输入数据集和算法计算比较时间序列显示全球平均气溶

胶光学厚度。出现差异，无论在幅度和时间趋势。差异量的总体范围约50%的平

均值。

涉及的因素包括云掩膜的差异，地表边界条件的处理，关于成分的气溶胶微

物理特性的假设，和仪器的校准（设备定标），为下文的论述，在参考引用。虚

假的趋势可能导致的fi高效的检索算法和/或错误校正的输入数据（Zhao et al.，

2008b）。不恰当的假设中所使用的算法作为气雾剂的类型和尺寸分布等关键参数，

可能会导致一个虚假的AOD长期趋势的地区fl影响工业和生物质燃烧污染和沙漠

颗粒由于地域偏见重下。一致校准是一个更严重的问题，研究的趋势，AOD使用

历史不良的卫星辐射数据。AOD的长期趋势的迹象可以逆转由于校准（Zhao et

al.，2008b）。

然而，采样差异的工具也使得区域事件的明显的差异，主要贡献（Ignatov et

al.，2005；卡恩et al.，2007）。鉴于AOD的空间和时间的变化，控制有关实

际的卫星测量频率的假设，“平均”从这些仪器的数据集可以被视为区域性或全

球性的AOD必须更加仔细地检查，统计表示，odespecially为仪器低重访频率

（如MISR）。这当然会对这些数据集用于评估长期趋势的方式产生影响。前

citherefore，AOD的任何趋势的物理原因，fiED，我们必须争取在检索算法，将

数据集的深刻见解，以及数据采样，以保证不会造成任何明显fi不能文物的时间

和空间在检索产品的足迹。

2全球AOD的长期产品概述

气雾剂产品已从AVHRR检索，汤姆/ OMI，SeaWiFS的MODIS和MISR，，一个

相对长的时间周期。历史的气雾剂产品是来自AVHRR和汤姆的测量，最长的记录

超过25年。由于气溶胶遥感是不包括在原来的仪表设计，从这些传统乐器的气

溶胶反演是主体更多的限制比SeaWiFS反演MODIS和MISR。然而，它们的持续

时间长，使它们非常适合气候研究。

2.1TOMS产品

这个数据是由美国宇航局的总臭氧测绘光谱仪卫星观测产生. 由于低附近

所有陆地表面UV表面反照率（包括沙漠）除冰或雪，近紫外测量所有平台的汤

姆已被用来检测气溶胶和检索他们的AOD和单次散射反照率（SSA）在海洋和大

陆（托雷斯et al.，1998, 2002）。AOD炉已通过与表面的气溶胶机器人网络

（AERONET）测量的比较验证。网格化月平均AODs在1×1分辨率从1979到2000

可供我们研究。目前TOMS气溶胶al gorithm（版本2）发生了重要的升级，降

低显fi明显高估（图3中观察到的）在与其他卫星数据集的1版记录海洋。

图2。在0.63µM 1985年4月来自AVHRR辐射AOD月平均图（左图）和回顾性校准AVHRR

radiancesfiguusingre 2。momodisnthlyradianmeances M（rightaps面板厚度）。

2.2 gacp-avhrr气溶胶数据

这个数据是美国国家航空和航天局全球气候项目的产品（GACP）成立于1998。

气溶胶反演算法是基于AQP1的表达（0.63µm）和通道（0.85µm）AVHRR观测在

海洋（Mishchenko et al.，1999；geogdzhayev et al.，2002）和ap的_ ISCCPDX

辐射数据（Rossow和Schif来了，1999）。该算法同时检索AOD和˚angstr¨OM

指数（AE）。对产品精度的广泛研究已经对船载测量和鼠尾草，MODIS和MISR的

观测（Mishchenko et al.，2003，2007a；刘et al.，2004；葛ogdzhayev et al.，

2004；斯米尔诺夫等，2006）。月平均值AOD（0.55µm）和AE的网格在1×1决

议形成fiNAL全球气溶胶气候学为1983年7月至本期海洋（Mishchenko等人，

2007年c）。

图3。全球平均值计算从帕特莫斯实验产品的五版本的比较，参考了其他的气雾剂产品

Jeong和李（2005）进行了比对研究汤姆和GACP AOD生产的两种产品的总

趋势是相似的，但它们的大小差别超出了AOD由于不同渠道使用的光谱依赖造成

的差异（紫外光和可见光）。两气雾剂产品也表现出良好的综合能量。利用各自

的优势，开发了一个算法分类气溶胶类型为尘、生物质燃烧、2的混合物，硫酸

/污染，海盐。使用此算法，区域优势下从两卫星产品测定的影响fl各类气雾剂，

这有助于把汤姆AOD在紫外波长在可见光波长的气溶胶光学厚度。然而，两个月

平均产品的使用不能从根本上看出它们之间差异的原因。这两种产品最初的协同

运动会好fiT未来协同努力包括卫星气溶胶产品。

2.3 patmos-avhrr数据

这与数据集的一个早期版本被从AVHRR路径fi在大气中产生的（帕特莫斯）

在海洋气候数据集从1981年9月至2000年12月在110公里等领域的全球网格

（斯托et al.，2002）在0.63µM算法使用一个信道（斯托et al.，1997）。每

对气溶胶反演性能已全面评价对表面进行测量（斯托et al.，2002；Zhao et al.，

2002），对MODIS产品（Zhao et al.，2005a，b）。然后，更准确的MODIS辐射

被用来重新校准AVHRR辐射（海丁格尔et al.，2002）利用同步星下点立交桥

（SNO）数据（Cao et al.，2004）。一个独立的双通道算法应用到校准AVHRR

辐射，导致一个新的产品命名patmos-x.更好的粉尘检测算法也已经被开发来提

高沙尘暴和云之间的区别（埃文等，2006）。一个一致的相互利用MODIS为参考

进行不同的卫星平台的卫星AVHRR传感器的标定。作为一个结果，AVHRR的标定

精度是目前兼容，MODIS，这被证明是从历史AVHRR观测确定AOD长期趋势关键

（Zhao et al.，2008b）。

2.4 MODIS产品

MODIS AOD使用MODIS传感器在Terra和Aqua卫星多通道检索，开始在2000

和2002，分别在海洋使用单独的算法（痰热结´et al.，1997）和土地（考夫曼

et al.，1997；复et al.，2005）。算法是不断评估和定期更新（Levy等人，A，

B；里默et al.，2008）。在陆地上，新采集的5为高负荷低琳inates气溶胶负

荷和低估的AOD的系统性的高估（Levy等，2007a；李et al.，2007；MI et al.，

2007），在原集合的存在（楚et al.，2002；运行等。，2005；Levy等人，2005）。

收集5还利用深蓝色检索算法将MODIS AOD覆盖年龄扩大到明亮的沙漠表面（Hsu

等人，2006）。在海洋，MODIS AOD系统高于GACP气溶胶产品（geogdzhayev et

al.，2004）。较大的区域不同，这两种产品之间的差异可能与云筛选和气溶胶的

粒度分布模型的选择有关（Jeong等，2005；Zhao et al.，2005a，b）。

2.5MISR产品

MISR是另一个重要的专业仪器Terra卫星搭载在海洋提供AOD数据（损坏

tonchik et al.，1998；卡恩et al.，2001）和土地（martonchik et al.，1998；

餐厅et al.，2005）。鉴于其多角度观赏能力，气溶胶检索也可以在明亮的表面，

如沙漠。模拟MISR辐射为含有三个成分的混合物，测试对观测到的辐射都闪烁

自由摄像机（高达九），在每一个水上两波长；在陆地上，所有九台摄像机和四

波长都包括在内，并且该算法利用表面变异。因此，气溶胶类型可以从MISR气

溶胶反演确定。气溶胶混合物和元件数量的检索算法的重新fi在期间多次改变

（例如，卡恩et al.，2005）。标准的算法现在包含三个成分的混合物，用红、

NIR channels（双通道）在黑暗的水和所有四个通道的土地。气雾剂产品进行了

评价与AERONET观测（martonchik et al.，2004；卡恩et al.，2005；Abdou et

al.，2005）。

2.6 SeaWiFS气溶胶产品

（1997–目前SeaWiFS）主要用于常规的全球海洋的颜色测量和海洋生物光

学特性数据的生成，这就要求在校准和高光谱波段信号的噪声特性的高精度（GOR

唐和王，1994）。SeaWiFS气溶胶反演算法采用近红外波段（765 nm和865 nm）

估算气溶胶光学性质（戈登和王，1994；王等人，2005）。在生产的海洋生物光

学模型被用来解释该海洋的贡献（西格尔et al.，2000；施通普夫et al.，2003）。

SeaWiFS经常导致AOD在全球海洋中865 nm和˚angstr¨OM指数产品。SeaWiFS

的AOD数据已对地面测量验证（王et al.，2005），用于研究气溶胶的影响在海

洋（例如，Chou et al.，2002）。同样的算法（戈登和王，1994；戈登，1997）

也采用常规获得的MODIS水色气雾剂产品（AOD和˚angstr¨OM指数）对全球海

洋。

上述产品有其长处和短处，如表1所示。这些数据被用于气溶胶对地球气候

的全球影响的模型模拟，而另一些则用来研究气溶胶的尤其是在环境变化的背景

下的发展趋势。物种之间存在不一致的产品必须被最小化，据我们所知，而且必

须找到方法来处理采样的局限性。在下一节中，我们试图阐述导致这些差异的一

些主要的潜在来源。

3 AOD反演中的差异来源

AOD卫星反演的不确定性的伴有辐射定标、气溶胶特性，假设云污染，和表

面效应校正。由这些因素引起的检索错误会降低检索质量。在数据产品出现的时

间趋势，不能轻易识别fi用传统的地面真理和原位测量，可以影响这些因素以及

取样的局限，白天晴空的偏见，等等。

3.1校准

辐射定标是AOD反演的不确定性的主要来源（例如，蝉鸣和中岛，1999；

Ignatov和Stowe，2002b）可以超过40%改变AOD（geogdzhayev et al.，2002）。

校准方法和精度有很大不同，从传感器到传感器，为总结在表1。由于现代研究

传感器（如MODIS和MISR）有星上定标系统，它们比采用传统传感器的替代校

准更准确（如AVHRR和TOMS）。

因此，采用先进的研究传感器校准传统传感器可以调和在传统传感器替代校

准相对较大的不确定性，减少不确定性接近的先进研究传感器。例如，同时最低

点立交桥（SNO）方法进行具体fi卫星校准（曹et al.，2004；海丁格尔et al.，

2002）。更准确的MODISflectances（±2%不确定关系的标定）可以用来校准AVHRR

重新flectances（±5%不确定性校正）为在两仪器圈操作时间。新的校准AVHRR

辐射应用落后的一个卫星平台每次到最后（或最早的）平台（NOAA-9）完成。作

为一个结果，MODIS校准是有效地转移到AVHRR仪器具有不确定性的接近，MODIS。

此外，一个一致性的标准可以应用于不同的AVHRR卫星平台，产生无偏长期的气

溶胶数据集的关键（Zhao et al.，2008b）。

作为一个例子，图2比较了在0.63µM AVHRR AOD反演与新SnO校准AVHRR

使用原始辐射辐射。在全球范围内，新的定位高于老中心。由于MODIS一般具有

比原始AVHRR AOD值高的AOD值（例如，Mishchenko等人，2007a；迈尔et al.，

2005；Jeong等，2005），新的AVHRR AODS与MODIS更一致。

操作的传感器，实现了高精度校准SeaWiFS EST（0.5%的准确率和0.3%的稳

定性）通过车载，农历（巴尼斯et al.，2001），和替代校准（戈登，1998；eplee

et al.，2001），这也可作为校准其他传感器交叉实例的参考基准。SeaWiFS的

MODIS（水色）替代校准进行了我们的从海洋光学浮标实测数据（Moby）部署在

拉奈岛西部的夏威夷（1997–现在）（克拉克等人，1997）。

3.2云掩模

可以说，AOD的重新trievals不确定性的最大来源是云掩模（Mishchenko et

al.，1999；玩具和nalli信号，2002；Zhao et al.，2003；迈尔et al.，2004；

Jeong和李，2005；Jeong等，2005；考夫曼等，2005）。所有主要的AOD数据生

产者都非常关注这个问题。对于GACP产品，除了对is-ccp云检测算法（Rossow

和花园，1993），更为保守的云筛选算法是由Mishchenko等人应用。（1999）和

geogdzhayev等人。（2002）。这额外的云掩模旨在消除小积云云层和光学薄卷云。

另一方面，严格的云掩模可以丢弃强气溶胶信号的不利影响（团et al.，1997；

干草木et al.，2001），这可能是一个主要影响因素的系统下定位从GACP相对

于MODIS产品（郑某等人，2005）。MODIS AOD产品使用气溶胶云屏法规范地开

发fi遥感气溶胶生成（马丁斯et al.，2002）而不是使用名义MODIS云识别fi

阳离子方案（阿克曼等，1998）。海水在NIR使用IFS瑞利修正重新flectance

阈值（865 nm）的云的歧视（鲁滨孙et al.，2003；王等，2005）。本文讨论的

卫星气溶胶反演所使用的云屏蔽方案汇总于表2中。气溶胶产品灵敏度的研究

（特别是全球月平均）对不同的云的筛选方法是缺乏所有卫星气溶胶产品在这里

讨论，这是一个重要的障碍fi无法核对的AOD数据和需求之间的差异是在一致的、

统一的卫星气溶胶数据产品可以生成并提供给用户社会团体解决。

3.3选择气溶胶模型

由于对全球范围内的气溶胶类型信息的普遍缺乏，不同气溶胶模型采用AOD

产品生成。MODIS海洋检索算法采用20气溶胶的粒度分布的双对数正态组合（BL）

给变量重新折射指数函数。对20种组合的检索选择没有任意限制。在陆地上，

MODIS算法具体fiES两气溶胶模型为每个地点和季节。GACP／AVHRR算法使用一

个修改fiED功法粒度分布变坡和fi固定粒子折射率。模型组进行探讨的大小分

布差异的影响和对AOD DIS crepancies折射率（Mishchenko等，1999；Jeong

等，2005）。结果发现，在粒度分布函数的差异可以创造可观的AOD的差别高达

2倍，而折射率不同，造成中度系统性差。同样的fi发现可能也适用于其他的AOD

产品。

表3总结了用于重新trievals气溶胶模型的讨论。敏感性分析在fl影响气

溶胶模型的选择对AOD的长期趋势形成对每fiAVHRR型和检索固定气溶胶模型

（Zhao et al.，2008b）表明，不当的选择会产生虚假的AOD气溶胶模型的长期

趋势在区域尺度。MISR，统计和案例的气溶胶类型假设影响AOD检索案例分析一

直是全球分布的气溶胶类型进行（卡恩et al.，2005），球形吸收和非吸收颗粒

（陈et al.，2008；卡恩et al.，2007），和沙漠的沙尘（会和卡恩，2006）。

总之，要注意气溶胶谱分布与除了折射率和云筛选。

3.4地表效应

除了多角度的技术在公司中采用TOMS UV技术的表面去除效果的影响，特别

是相对明亮的表面如干旱和半干旱的土地和沙漠，是AOD从卫星观测估计的关键。

这是一个简单任务在海洋比陆地更富有。在MODIS和GACP算法，海洋表面的边

界条件是基于Cox和蒙克（1954）设置为6或7米/秒的风速（Mishchenko和

Geogdzhayev，2007；征收et al.，2003）。SeaWiFS还实施了表面白浪重新

flectance校正算法（戈登和王，1994；Frouin等人，1996）使用的风速数据。

因此，不仅是海洋表面的黑暗，其治疗效果所造成的差异最小化。然而，对于一

些粗糙的海洋表面，如在“咆哮40”乐队（40–60 s），表面污染可能成为突出

的（Mishchenko和Geogdzhayev，2007）。大的差异在气雾剂产品，尤其是气溶

胶Angstrom指数（AE），观察从MODIS和AVHRR数据在这一地区的南大洋收集

（Zhao et al.，2005）。

这是一般性fi邪教准确推导出在沿海地区气溶胶光学特性。因此，许多沿海

地区的AOD产品显示的不连续性（例如，Mishchenko et al.，2009）。主要挑战

在于由河流输入、沉积物再悬浮或大量浮游植物水华引起的复杂混浊水域。对生

产力的海洋水域，有非常显fi不能海洋贡献在近红外波段（西格尔et al.，2000；

施通普夫et al.，2003；Wang和Shi，2005, 2007）。红色波段的海洋辐射贡献

更大。因此，在水域经常混浊的沿海地区，卫星衍生的AOD通常未经适当估计海

洋贡献而高估。此外，最近的一项研究（王，2006）表明，在沿海地区的气溶胶

偏振效应可能需要包括。

更多的努力来应对表面效果的土地。而地表反照率的光谱变化在MODIS算法

考虑，很少考虑到在fl影响双向重新flectance分布函数（BRDF）（Luo et al.，

2005）。对土地利用和土地覆盖变化对气溶胶长期趋势的影响知之甚少。表4列

出了表面处理的主要特征为主要的气溶胶反演算法讨论。

既然历史AVHRR、电流EOS/MODIS、和未来的NPOESS / VIIRS仪器比其他参

与仪器更具有可比性和最终覆盖了大约50年的时间，更多的精力应该放在这些

产品与和解制度的比较。AOD和Angstrom指数（AE）应被视为两个核心产品，

因为他们可以从几乎所有的仪器。球形和非球形粒子型的区别是制作AOD >˘0.15

或0.2的MISR。精细/粗分模式，SSA，和任何其他气溶胶光学性质是非常理想

的，但目前难以实现。有足够fi古代气候应用质量利用AVHRR和MODIS测量为内

核和其他历史、电流测量一致的长期AOD和AE产品，和未来的卫星仪器作为补

充可以通过数据最终产生协同效应。

4 检索的不确定性对全球AOD产品冲击示范，气溶胶的辐射强迫，其

随时间的变化

理解表现在图1所示的各种潜在因素的情况下，描述以上的较大差异，试验

采用不同的检索算法对帕特莫斯和patmos-x气溶胶产品进行（斯托et al.，2002；

Zhao et al.，2008b）从1981年9月到2004年12月近25年。如表5所示，生

成了五个数据集。

数据1为0.63µAOD我用斯托等人的单通道算法。（1997）与原维卡里OU校

准从利比亚沙漠。更准确的MODIS辐射被用来重新校准AVHRR RA与回顾（海登

格尔等人。，2002）产生一个新的产品，并命名为patmos-x已扩展至2005由AVHRR

观测的资料，16，和17。patmos-x数据集的2是从像素级日常轨道的辐射从AVHRR

全球区域覆盖采样（GAC）的数据，在8公里的×空间分辨率8公里使用伊格纳

托夫和Stowe的两个通道算法（2002a）。它在AVHRR通道1提供AOD（0.63µm），

˝1和2频道（0.83µm），˝2。它假定非吸收的一个模式的日志正常大小分布在海

洋表面1m/s风速下海洋表面再flectance计算气溶胶模型。数据集的3是相同的

数据集2除了退化的分辨率为0.5×0.5。比较这两个数据集，一个通知，而小

的差异，所以我们可以使用的分辨率数据进行测试更有效地fi。数据4使用修改

后的两个通道的算法，导致地面观测的最佳协议产生（Zhao et al.，2004），由

于一个更现实的气溶胶模型的使用（弱吸收双峰对数正态分布）和全球平均海洋

表面的风速（6米/秒）。数据集的5类似，但使用新的数据集1的SnO校准数据。

所有的fiVE数据集是在海洋只是为了避免较大的不确定性，高度可变的，再fl

有效地表面。除了强大的中断由于火山喷发El Chich´山在1982年3月和1991

年6月，AOD的长期变化可以在图3中看到的。不幸的是，各种各样的产品之间

的巨大差异掩盖了年际变化的微弱信号。

最大的差异是数据系统1和5之间，只是由于不同的校准方法的使用。这并

不奇怪，因为AOD信号从重新flectance信号很微弱，在校准的任何变化可能大

大改变气溶胶光学厚度反演提取。从这个finding，可以使一个猜想，在校准的

差异，表1给出可能的交流计数这里显示的AOD差异很大。因此，为了使AOD

兼容，我们必须保证RA diances同意fiRST测量由不同的传感器。应用于patmos-x

SnO标定方法，因此把历史AVHRR数据与MODIS协议合理有效的方法。然而，对

于趋势检测，绝对校准比其他因素更重要。然而，相同的输入数据不一定导致相

同的AOD检索。AOD从数据集的2个有区别很大，MODIS AOD，即使他们的校准

的辐射是相似的。这是因为在表面重新ectancefl气溶胶模型和处理大的差异。

在缩小差距，赵某等人。（2004）采用了一种基于AERONET观测验证相对更现实

的气溶胶模型。基于AERONET观测调整后，修改后的算法（数据4）导致的与MODIS

产品接近AOD。这是由fi在郑某等人的支持。（2005）表现出非常大的差异，利

用气溶胶谱分布的两种不同的模型提出，电力法和双对数正态函数相同的辐射率

资料。具有讽刺意味的是，不仅集4 AOD大致同意与MODIS AOD，这也符合GACP

AOD，后者采用幂律的大小分布，如图4所示的更清楚。AOD的这种一致性是前

所未有的，尽管区域差异可能仍然很大。然而，仍有不一致在重叠的短周期的趋

势（见图1）从弱阳性（MODIS）弱负（GACP，patmox-x，SeaWiFS和MISR），我

们认为这是由于不同的云筛选方案和权证更详细的调查。

尽管良好的协议，我们仍然面临着在正确的气溶胶模型的特点是粒径分布和

吸收特性选择基本的挑战。缺乏对这两个关键变量的约束，可能产生虚假的长期

趋势。注意，AOD是决定其辐射效应的三个基本变量之一。对于相同的AOD但不

同的SSA和不对称因子（也是地表反照率），隐含的辐射强迫的幅度甚至可以改

变符号。幸运的是，气溶胶颗粒尺寸分布和SSA都难以量化。到目前为止，他们

的测量是有限的少数fi现场实验显示随时间和位置的强烈变化。目前，专门测量

这两个变量的仪器非常昂贵，禁止广泛使用。很少有方法可以在大范围应用于日

常工作中。凭借在结合地面晴空测量传输距离和空间重新ectance承担flTOA测

量，Lee et al所提出的方法。（2007）在大面积常规测定SSA方面有一定的优

点，但在重气溶胶条件下是有效的。

在对气溶胶进行物理分析之前，对大气气溶胶进行反演是一种可行的方法，

改进气溶胶光学厚度反演的方法似乎是根据近地面和飞机观测的结果来分析反

演结果的传统方法。在某种程度上，这里显示的一致归因于广泛的验证，在相同

的地面观测，主要是全球AERONET（Holben等人，1998）的数据。从这个数据提

供全球分布和质量控制的观测和气溶胶光谱光学厚度推断，气溶胶的粒径分布和

折射率（dubovik和国王，2000；HOL Ben et al.，2001；斯米尔诺夫等人，2002b，

2003；dubovik et al.，2002）。目前有超过200的时间操作变量AERONET站点。

AERONET测量来验证对AOD的检索从AVHRR（例如，日暮et al.，2000；Zhao et

al.，2002, 2003），汤姆/外膜蛋白（例如，Hsu et al.，1999；托雷斯等，2002），

MODIS（如楚et al.，2002；ichoku et al.，2002, 2003, 2005；复et al.，

2002, 2005），和MISR（例如，餐馆et al.，2001；martonchik et al.，2004；

Abdou et al.，2005；卡恩等人，2005年，B，2007；会和卡恩，2006；陈等，

2008）。然而，在绩效矩阵的内容进一步的评估可以在fi社会，包括附加的散点

图，PDF，长期的时间序列，一致性检查，和相关的检查。

将AOD差异在太阳能气溶胶直接辐射效应的背景下，我们用（ADRE）平均气

溶胶光学特性的来自世界各地的436 AERONET站标准偏差（SSA 0.92和不对称

因子0.69）计算顶部3，大气的底部和内部。辐射传输计算，假设平均太阳天顶

40，平均地表反照率的5%角行（海洋和陆地表面可见代表）。图5显示了三层的

挑战。这是全球不同的数据集的范围从10.6−ADRE手段（SeaWiFS）来−16.3 WM−2

（MISR）对TOA，−23.7−36.3 WM−2在表面，和13至20的WM−2大气中。相对

肾上腺差异是46%，对于表面43%和42%，分别为托阿和大气。请注意，这是瞬

时值，不应与每年的和每日的平均值相比，正如许多其他报告中所总结的那样。

（2006）。除以2的一个因素在这里显示的值是日平均值近似估计（Zhang et al.，

2005）。然而，这些值之间的相对差异是兼容的余等人。（2006）编制的全球意味

着谁敢（TOA和海洋）通过各种调查使用不同的卫星产品鳄鱼通过假设不同的气

溶胶特性估计。由于我们使用相同的气溶胶属性，差异源于AOD。兼容的相对差

异表明，在我国当前的全球挑战的估计的差异主要归因于flY AOD的差异，这是

最有可能与TOA晴空辐射用于云筛选和校准不同方法的反演。

图6显示了在三层的故障时间序列在EOS时代的开始2000。有一个十的趋

势，差异收敛，近年来，特别是MODIS和MISR之间。这可能是由于基于近期活

跃的国际比较与地面真理的验证由分开的气雾剂生产商的算法调整。然而，仍然

需要更多的研究来解释详细变化的差异，并从各种仪器中获得一致的长期AOD

趋势（全球和区域）。

5 结语与建议

作为气溶胶在地球系统中的重要性认识，全球气溶胶产品从星载传感器产生

的数量已大大增加在过去的十年中多亏了地球观测系统的出现。尽管数据质量稳

步提高，联合国最基本的气溶胶变量检索确定，AOD仍然太大，不能用于监测其

长期变化趋势。作为一个教程问题程度的验证，本文仅为全球平均气溶胶光学厚

度值的一些粗略的比较。在区域尺度上，差异可以更大，更复杂，作为气溶胶的

性质是如此不同，任何fi固定的气溶胶模式导致大区域的偏见。即使是这样一个

高度的平均数量，不同产品之间的差异超过年际变化信号，虽然产品的精度具有

重要意义fi明显优于差异（例如，Mishchenko等人，2007，2009）。利用对气候

建模和监控产品，我们必须首先认识和解决fi差异并产生更高的精度的一致性和

统一fiED产品。监测大气环境及其对气候变化影响的长期变化，我们必须桥历史，

目前和未来的（例如，Mishchenko等人，2007d）卫星产品。

实现这些目标，每个产品需要广泛和严格的验证和判定。不需要详细的评估

分析，除了独立的测量，揭示其原因，它是困难的fi邪教获得“真”的价值的遥

感fi领域。气溶胶遥感学科四主要不确定因素：传感器标定，云掩模，气溶胶光

学特性和地表重建。传感器的校准稳定性的关键是长期监测。气溶胶的弱辐射信

号要求比云等其他空间遥感要素具有更高的校准精度和精度。长期监控不中断，

我们必须保持至少一个传感器的高稳定后fi有效通道数在极地轨道，其他传感器

至少可以交叉校准。我们面临的最大挑战是对EOS时代的气象传感器进行追溯校

准。在EOS时代，校准似乎是继发的问题，相对于其他不确定因素。

云是一种筛选的不一致的最大来源，特别是在像素和区域尺度上，这是双重

的边缘问题。问题的根源可以追溯到云和气溶胶之间的模糊界限，至少在卫星传

感器的“眼睛”中，以及云屏的经验性质。过筛和欠筛会导致气溶胶负荷的低估

和高估。一个例子是沙尘暴的光谱特征有点类似于云彩和作为结果的一个可能完

全错过它还是有一些剩余的云尘fiED误分类训练样本。在系列时代特别感谢两有

源传感器（CALIPSO和CloudSat），我们的能力已大大增强对残余/薄云与气溶胶

层厚。因此，建议每个云的筛选方法，用于一个特定的传感器是莫迪fiED符合综

合利用的系列传感器套件。这些传感器，在不同的时间在不同的轨道flY，可调

谐产生类似PDF。通过这样做，我们可以消除/减少污染气溶胶产品质量的不确

定性的主要来源。

气溶胶吸收的flY决定粒度分布和组成是一个固有的问题，所有传感器共同。

已知flTOA重新ectance，AOD检索这一特性非常敏感，以及其在大气中的垂直分

布。AOD检索预先假设市场在改善我们的知识气溶胶特性进一步依赖于地面或机

载测量。此外，强吸收气溶胶，精确卫星AOD反演需要准确的气溶胶的垂直信息，

例如，从卫星测量。目前存在少数站测量许多相关的气溶胶属性：光散射系数和

吸收系数fi，粒子数浓度和化学成分。站的测量这些量已经运行在其基线观测自

从70年代由NOAA气候监测与诊断实验室（CMDL）（2002 Delene和奥格伦，）。

这些表面的测量提供有关背景气溶胶特性的长期变化，在fl影响区域源对气溶胶

光学性质的统计和趋势的有价值的信息。这样的观察是非常昂贵的制作。密集的

短期运动是解决这个问题的好办法，在世界各地有不同的主要气溶胶类型的许多

地方进行。此外，从模型模拟得到的气溶胶类型的信息，如GOCART模型（下巴

et al.，2002），或分fi阳离子利用遥感数据（如Jeong和李，2005）也将有助

于减少模糊性。值得注意的是，不同的算法/传感器具有不同的灵敏度。例如，

该有一定的颗粒性能更敏感，如形状，比其他运行工具，本文中提到的（例如，

Kalashnikova和卡恩，2006）。

可变的和不确定的地表反照率限制了许多全球气溶胶产品仅限于海洋。这个

问题已经大大减轻由MODIS多通道的方法是（考夫曼et al.，1997；Hsu等，2004）

和多角度MISR（martonchik et al.，1998）。关系的改善短波和长波的表面再

flectance在MODIS C5算法采用之间（Levy et al.，2006）有明显fi明显改善

其精度超过土地（李等，2007）。通过重新fi宁相对于土地覆盖类型的关系的进

一步改善是可能的，像素分辨率为双向反射率分布函数重新fl更好的会计（BRDF）。

应用于MODIS观测的深蓝色方法（Hsu等人，2004）将MODIS AOD反演扩展到超

亮表面，但为了更好地应对过渡陆地覆盖层，需要进行更多的改进。

最终，我们应该通过整合来自各种传感器的数据生成一个你最可靠的产品和

我们的最好的知识关于气溶胶，作为自然只给我们一个真正的世界。毫无疑问，

每个传感器都有它的优点和缺点。一个完整的气溶胶产品应该利用所有可用卫星

数据中传递的协同信息，这些信息通过相互比较和地面真实性验证进行了验证。

集成产品预计将优于任何单个产品。它将历史、当前和长期趋势分析和气候研究

未来的卫星观测。