1引言近年来,利用多种地球物理观测数据的联合反演的研究较多,这些研究主要分为两类:一类主要基于岩石物性关系的联合反演,该方法对先验信息依赖较强,一类主要基于不同物性参数有相似边界的假设,提出了交叉梯度结构耦合法。已有研究表明在局部熔融或半熔融异常体、含水的裂隙或者断层,以及壳内滑脱层等特殊构造区域,电阻率模型与速度模型在三维结构分布上具有相似性(Newman et al.,2008)。鉴于此,我们利用交叉梯度的结构约束方法,实现了大地电磁法与体波成像的三维联合反演研究,实现了两种方法的优势互补;通过复杂模型合成数据算例证明了联合反演算法的稳定性和可靠性,并对比单方法的反演结果,展示联合反演的优越性。
全球气候变暖和大气颗粒物污染问题对气溶胶卫星遥感提出了更高的要求。结合当前气溶胶多参数反演的发展趋势，本研究面向卫星多角度偏振观测的气溶胶遥感应用需求，在最优化估计(Optimal Estimation，OE)反演框架基础上，定量评估了国产多角度偏振卫星载荷DPC（Directional Polarimetric Camera）的气溶胶遥感能力，发展了针对多角度偏振测量的气溶胶多参数最优化反演算法，提出了基于迭代求解(OE-iteration)和基于查找表(OE-LUT)的两种反演方法，利用POLDER(POLarization and Directionality of the Earth's Reflectances)传感器数据反演了气溶胶细/粗模态体积柱浓度和光谱光学厚度(Aerosol Optical Depth，AOD)，基于地基观测进行了验证，并针对DPC观测数据开展了反演测试。主要研究结论如下: 基于信息量分析方法，针对DPC气溶胶参数反演能力的定量化评估结果表明:DPC观测角度数从1增加到12，气溶胶和地表总信息量平均提高5.45个DFS(Degree of Freedom for Signal)，气溶胶细、粗模态体积柱浓度参数的后验误差分别降低了86.4％和57.6％，表明多角度观测显著的提升了信息量。引入偏振观测后，气溶胶的信息量比纯强度观测平均提升4个DFS，而总的信息量提升4.3个DFS，表明偏振观测对信息量的提升主要体现在气溶胶参数上。多角度观测下，气溶胶体积柱浓度、复折射指数实部和有效半径参数的DFS较高，具有较好的可反演性;而粗模态参数反演存在小于0.5的情况，表明粗模态气溶胶反演存在一定不确定性。卫星观测几何的差异会造成气溶胶信息量4-5个DFS的变化。与卫星观测角度数和气溶胶模型先验估计误差相比，观测误差是影响后验误差的主要因素。 在最优化估计反演框架基础上，本研究发展了针对多角度偏振卫星数据的气溶胶多参数反演算法。基于OE-iteration算法的POLDER多角度偏振数据反演结果表明，细模态气溶胶体积柱浓度和AOD与AERONET地基观测的相关系数(R)分别为0.84和0.9，该结果验证了反演算法的有效性和可行性。细模态AOD反演结果和POLDER官方反演产品精度相当，空间分辨率优于POLDER官方产品。在此基础上，本研究同时反演了总AOD参数，和地基观测的相关系数达到0.86，同样表现出了较好的一致性。受粗模态气溶胶反演不确定性的影响，总AOD相关系数略低于细模态AOD，和信息量分析的结论一致。粗模态体积柱浓度反演相关系数为0.33，表明POLDER三个偏振波段的观测仍然较难约束粗模态气溶胶的反演。 针对卫星大数据量反演的应用需求和迭代反演方法实效性不足的问题，本研究提出了最优化反演框架下的OE-LUT实现方法，选取了中国中东部地区三个典型污染案例的POLDER数据，进行了气溶胶反演研究，地基验证结果表明OE-LUT算法与OE-iteration算法结果一致。在此基础上，进一步反演得到了中国区域2012年气溶胶季均和年均分布情况，各地区细粒子气溶胶光学厚度表现出较大的季节性差异，华北京津冀地区、西南川渝地区、东部长三角地区和南部珠三角地区是气溶胶的高值分布区域。最后，基于已有DPC偏振观测数据进行了反演测试。细模态AOD分布符合人类活动、地区经济发展和地理分布特征，总AOD和细模态AOD的差异体现了粗模态气溶胶的分布情况。反演结果表明，新的反演算法对于DPC气溶胶遥感的具有很高的应用价值。
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