大气气溶胶光学厚度（AOD）反演一直是地球卫星观测的一项挑战，主要是由于陆-气耦合的综合影响导致地表反射率难以准确估算。目前，多数卫星AOD产品在复杂地表过程下空间分辨率较低，而多角度传感器能够以不同的视角进行地面观测，为获取更全面、更详细的遥感信息提供了重要的技术手段。尽管当前AOD反演的精度一直在提高，但考虑到更复杂的影响，陆域AOD的反演仍有很大改进空间。高精度AOD数据产品不仅对空气污染的日常监测至关重要，而且对研究陆地与大气之间的水热交换也十分关键。NUIST陆气相互作用团队陈海山教授课题组陈丽娟博士后及其合作者探讨了先前估算的MISR AOD值偏高的原因（Chen et al., 2021），并通过建立误差修正模型反演并获得了更高精度的AOD（Chen et al., 2024）。这项研究将有助于进一步提高大尺度和长时间序列多角度AOD遥感反演的精度，相关成果发表在欧洲地球科学联合会（EGU）旗下国际期刊Atmospheric Measurement Techniques。
1 先前算法存在问题及AOD反演算法改进研究
大气校正可以消除云层和气溶胶的影响，获得真实的地表反射率。为了探索从9个MISR角度反演AOD值偏高的原因，研究比较了地面观测站点对应位置MISR地表反射率和大气校正反射率（图1），发现MISR地表反射率低于大气校正反射率；与AERONET观测的AOD相比，改进前反演的MISR AOD值明显偏高。因此，有必要建立误差修正模型以提高MISR地表反射率，从而提升MISR AOD的反演精度。为建立地表反射率修正模型，研究通过设计新方案获得了改进的MISR地表反射率并进行AOD反演（图2）。
图1 MISR蓝波段地表反射率和大气校正反射率的比较
图2 改进MISR AOD反演算法流程
2 改进的MISR AOD反演结果及分析
研究利用改进的地表反射率反演得到2016-2018年的MISR AOD结果。从2018年6月12日MISR传感器9个相机观测角度的反演结果AOD的空间分布来看（图3），整体空间分布趋势与改进前的结果基本一致（Chen et al.，2021），但数值大小存在差异。东北部和南部的AOD数值在0.5至1之间，表明这些地区的空气质量较差。中部地区，Da、Ca、Cf和Df相机观测角度反演的AOD值大多在0至0.25之间。表明中部地区的空气质量总体良好，部分地区的空气污染程度较轻。山东南部和江苏北部的AOD值较高，这可能与当地人类活动导致的气溶胶排放增加有关。
图3 2018年6月12日改进MISR AOD反演结果
3 改进的MISR AOD数据集验证
与AERONET地面观测AOD的比较验证表明，所反演的AOD与站点观测结果的一致性较好，并且在An观测角度获得了最佳的反演结果（Taihu: R=0.84, RMB=0.52; Xuzhou-CUMT: R=0.85, RMB=0.47）。新算法得到的最优角度AOD相比MODIS AOD产品具有更少的缺失像素和更高的空间分辨率（图4）。与MODIS AOD产品的验证结果显示，改进算法得到的最优角度AOD与MODIS AOD产品具有高相关性（图5）。
图4 2018年6月12日MODIS AOD产品空间分布特征
图5 MODIS AOD 550 nm波段和MISR An AOD在站点对应位置的验证结果
论文信息：
Chen, L.,Wang, R., Fei, Y., Fang, P., Zha, Y.,Chen H.* (2024). Multi-angle aerosol optical depth retrieval method based on improved surface reflectance.Atmospheric Measurement Techniques. doi: 10.5194/amt-2023-204.
Chen, L.,Wang, R., Han, J., Zha, Y.* (2021). Influence of observation angle change on satellite retrieval of aerosol optical depth.Tellus B: Chemical and Physical Meteorology, 73(1), 1–14. doi：10.1080/16000889.2021.1940758.
