新一代极轨卫星NPP VIIRS为研究区域和全球尺度气候变化、环境监测也辐射能量平衡等研究提供了重要的手段，而气溶胶光学厚度 (Aerosol Optical Depth, AOD) 产品也被广泛应用于气候、环境和辐射研究之中; 然而，该产品在复杂下垫面下的AOD反演存在较大误差。地表过程与资源生态国家重点实验室赵传峰教授、博士生杨以坤等进行了改进复杂下垫面的气溶胶光学厚度的深蓝算法研究，并对改进效果开展了评估。
本研究在两个方面对原有深蓝算法进行了改进，一是构建了不同传感器通道之间的光谱转换模型，二是充分利用了复杂区域不同季节的气溶胶光学特性。为了降低云和植被物候变化的影响，采用MODIS 8天合成的地表反射率数据为AOD反演提供先验知识。针对不同传感器之间的光谱差异，构建了不同传感器通道之间的光谱转换模型；将植被和土壤实测光谱数据与传感器通道光谱响应函数相结合，构建了MODIS和VIIRS蓝光通道地表反射率的光谱转换模型，进一步提高VIIRS AOD反演的精度。气溶胶光学特性是影响AOD反演精度的又一关键参数，利用研究区内长时间序列的AERONET数据对气溶胶光学特性进行分析，获取了复杂区域不同季节的气溶胶光学特性，基于6S辐射传输模型构建了AOD反演查找表，并实现了复杂区域AOD高精度反演。改进后的AOD反演方法流程图如下图所示：
图1. 改进的气溶胶光学厚度反演算法流程图
利用AERONET数据分布对反演结果和VIIRS气溶胶产品(VAOOO和IVAOT)进行了验证分析。结果表明，本研究反演AOD结果与AERONET 实测AOD具有较高的相关性，不同季节相关性介于0.89 ~ 0.94。与VAOOO和IVAOT产品对比结果表明，本研究反演的AOD结果具有更高精度的且空间连续性更好。
图2. 气溶胶光学厚度反演结果与AERONET站点实测结果对比，(a) 春季, (b) 夏季, (c) 秋季, (d) 冬季
图3. 反演结果与VIIRS AOD产品 (VAOOO和IVAOT) 对比验证。其中Bias为偏差；RMSE为均方根误差；MAE为平均相对误差；B、A和R2分别AOD反演结果与实测值线性回归截距、斜率和决定系数；RMB为相对平均误差，其大小反演了AOD反演的总体不确定性（RMB > 1和 < 1分别代表AOD反演高估和低估）。
该研究为基于卫星观测获取复杂下垫面情景下更为准确的气溶胶光学特性提供了新的方法支撑。此外，国产卫星地表反射率产品较少，从而限制了深蓝算法在国产卫星AOD反演的业务化应用；基于本研究改进的AOD反演算法，可以为实现国产卫星（如环境卫星、资源卫星、风云卫星等）AOD反演提供参考。
（供稿人：杨以坤）
