[发明专利]一种星载传感器“偏振交火”探测大气气溶胶参数的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种星载传感器偏振探测大气气溶胶综合参数的方法，具体涉及基于法国POLDER(Polarization and Directionality of the Earth's Reflectances)类型偏振传感器和美国APS(Aerosol Polarimetry Sensor)类型偏振传感器的“偏振交火”配置方案。 

背景技术

气溶胶是悬浮在空气中的微小颗粒物质，其来源多种多样，它通过影响太阳辐射以及云，对全球气候变化产生重要影响(IPCC，2007)，通过传输、扩散和沉降对大气环境等产生重要影响。其中，小于2.5微米的气溶胶粒子(PM2.5)可被吸入人体肺部，是我国目前最主要的大气污染物，已经成为环境监测最重要的监测对象。随着探测方法的快速发展，遥感技术已成为气溶胶监测的重要手段，星载气溶胶遥感技术在近20年得到了快速发展。然而由于气溶胶微观和宏观特性十分复杂，包括多变的形状、粒子大小、辐射吸收和散射特性、时空分布特性和垂直分布等，对星载气溶胶传感器的探测方案设计提出了很大的挑战，国际上已经设计了多种探测方案(见下)，本发明综合国际前沿的技术发展方向，提出了一种目前气溶胶综合探测能力最强的星载传感器配置方案。 

现有技术1 

卫星遥感气溶胶的技术到目前为止主要发展了多光谱、多角度、激光、偏振等四类手段，分别发射了具有代表性的传感器。利用多光谱信息测量气溶胶的典型代表是美国NASA于1999年发射的MODIS(Moderate-resolution Imaging Spectroradiometer)传感器，该传感器具有36个光谱波段，基于暗目标法(Kaufman et al.,1997)可测量气溶胶光学厚度(AOD)等信息。多角度测量气溶胶的典型代表是欧洲的ATSR(Along-Track Scanning Radiometer)/AATSR(Advanced Along Track Scanning Radiometer)传感器和美国的MISR(Multi-angle Imaging SpectroRadiometer)传感器，前者具有两个角度，后者的观测角度数目达到9个。激光探测气溶胶的代表是美国发射的CALIOP (Cloud-Aerosol Lidar with Orthogonal Polarization)传感器，在532nm和1064nm波段主动发射激光探测气溶胶。偏振测量气溶胶参数的代表是法国的POLDER传感器和美国的APS传感器。前者由法国CNES自1999年起到目前共发射了三颗，后者于2011年由于火箭问题发射失败，但是NASA已提出了PEACE计划准备再次发射此类传感器。 

上述这些星载传感器的探测手段具有各自的优势，但均存在某些难以获取或无法探测的气溶胶参数，例如：MODIS难以获得气溶胶粒子大小信息，其气溶胶细粒子比结果至今在陆地上空验证较差，官方不推荐使用；MISR通过多角度观测改进了对粒子尺寸参数的反演效果，但地-气解耦合能力较弱；CALIOP除了垂直分布信息外，对于颗粒物总量、粒子大小等信息的探测能力均很弱；搭载于PARASOL(Polarization&Anisotropy of Reflectances for Atmospheric Sciences coupled with Observations from a Lidar)卫星上的最新版本POLDER，借助多光谱(9波段)、多角度(16角度)和偏振(3分量)三种探测手段，具有探测参数多的优势，但仍难以提供气溶胶垂直分布的相关产品。因此，从气溶胶观测应用的技术发展需求角度看，这些传感器的组合使用非常有必要。 

现有技术2 

国际上，美国1999年发射的EOS首颗卫星Terra上就同时搭载了MODIS和MISR传感器，协同观测提供多光谱和多角度信息。之后，美/欧又联合发展了A-Train计划，将搭载CALIOP的CALIPSO卫星和搭载POLDER的PARASOL卫星等共同组成一个卫星阵列，在大约1.5小时的时间间隔内，连续通过同一目标上空，形成多星协同观测气溶胶的能力(如表1所示)。由此可见，国际上非常重视传感器的配合使用，如何在方案设计阶段就结合各种方案的优势和特点，发挥综合测量能力，是卫星气溶胶遥感技术重点关注的科学问题。 

表1 当前国际上具有代表性的多传感器星载气溶胶遥感技术