3. MODIS数据处理
3.1 重投影
分析得知MOD04数据在550nm波长范围内的气溶胶数据最好，所以本文使用ENVI插件MCTK结合IDL编程语言实现550nm波长的陆地AOT的提取，并对其进行几何校正，将地理坐标系转换为投影坐标系[7]。在此过程中，原图像中本来的坐标系（Geographic Lat/Lon坐标系）被转化为UTM，Zone 51N坐标系，以方便我们计算。其中核心程序如下：
datum = \
units = ENVI_TRANSLATE_PROJECTION_UNITS('Meters')
output_projection = envi_proj_create(datum=datum,/utm, zone=51,units=units)
3.2 镶嵌
在遥感图像处理中，为了获得更大范围的图像，通常需要将多幅遥感图像拼接成为一幅图像[15]。在本文的研究过程中，主要使用ENVI和与其配套的IDL语言进行整个过程的运算：通过ENVI中的Mosaic Images选项经过地理坐标定位叠加两幅或多幅有重叠区域的图像，在镶嵌时，首先要产生一个空白文件，用于放置镶嵌结果，坐标系统要和镶嵌的图像完全一致，大小能容纳镶嵌图像之和，然后使用鼠标基于地理坐标将图像一幅一幅地读入，把图像放置在镶嵌窗口中，最后对读入的图像进行编辑羽化等操作，使图像看起来更加美观
[17]
。在此过程中，遇到如下问题：第一是如何将多幅图像从几何上拼接起来，这一步通常是先对每幅图像进
行几何校正，将它们规划到统一的坐标系中，然后对它们进行裁剪，去掉重叠的部分，再将裁剪后的多幅图像装配在一起，形成一幅大幅面的图像，这也是本研究之前要做重投影的原因[16]。第二是在几何拼接以后，图像上因灰度差异而出现了拼接缝，但是由于本研究在之后要做季节平均运算，所以这方面的问题可以忽略。由于本文所研究数据由于数据量大，则利用IDL编程语言对图像进行批处理，同样可以实现以上结果。
3.3 裁剪
在裁切前，需要做好以下准备：首先根据所选的图幅号，计算图幅4个角的经纬度坐标，换算成对应的UTM坐标[16]。由于原图幅是用经纬度根据经差、纬差裁出的，可以认为是一个矩形，由于地球曲率的影响，转换成UTM投影坐标后将产生变形，但是变形是几种坐标中最小的一种，因此我们采用UTM坐标[16]。为保证裁切出来的图像为矩形且足够大，需要利用计算出的4个角的高斯投影坐标，采用最大化原理求出左上角和右下角的X, Y坐标[18]。本文利用矢量文件进行裁切，并通过与IDL编程语言相结合，以中国江西省区域（北纬24°29′-30°04′，东经113°34′-118°28′之间）作为研究区，对几何校正和拼接过后的AOT图像进行裁剪掩膜，提取江西省上空的AOT。
3.4气溶胶光学厚度的平均
本研究利用2007—2009年MOD04气溶胶产品分析研究江西省气溶胶特性（气溶胶光学厚度AOD）的时空分布，统计江西省地区气溶胶光学厚度的时空分布的年变化和季节变化特征，并分析了光学厚度的来源和影响因素。
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对气溶胶求平均的方法是对应用对多幅图像求平均的原理进行的，多幅图像求平均法是对同一地区不同时间的图像采集多次相加后取平均值的方法。在本文所取的数据中，难免有一些象元是没有数据的，因此也必须采取对气溶胶数据求季节平均的方法来研究气溶胶季节变化和年际变化[21]。
具体实现方法为：利用ENVI与IDL相结合的方法对图像中的象元循环处理叠加，并找出其中没有数据的象元剔除，对其他有数据的象元进行平均处理，得到季节平均后的图像[22]。
4. 结果与分析
本文利用2007年到2009年江西省地区的MODIS数据分析了江西省的气溶胶光学厚度变化规律，给出了该地区气溶胶光学厚度的地域分布特征及其季节变化、年变化和空间变化的特征。
根据江西省气象网站对江西省四季的划分标准，在本文中将江西省四季按3~5月为春季，6~8月为秋季，9~11月为夏季，12~2月为冬季划分。本文根据段婧、毛节泰等在2007年对长江三角洲地区气溶胶光学厚度的研究，将气溶胶光学厚度划分为以下几个等级：<0.1，0.1~0.3，0.3~0.5，0.5~0.7，0.7~0.9，0.9~1.1，1.1~1.3，>1.3，认为小于0.3为气溶胶光学厚度低值区，大于0.7为气溶胶光学厚度高值区，据此做出以下分析。
4.1 年内季节变化结果与分析
图a：2007年冬季(06.12 ~07.2)
图b：2008年冬季(07.12~08.2)
图c：2009年冬季(08.12~09.2)
图1：冬季气溶胶光学厚度
图a~c为2007~2009年冬季气溶胶光学厚度分布图
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表1：冬季气溶胶光学厚度象元统计
AOD值 2007 2008 2009
< 0.1 165 125 138
0.1~0.3 384 102 422
0.3~0.5 825 614 920
0.5~0.7 367 611 251
0.7~0.9 13 150 20
0.9~1.1 2 18 3
1.1~1.3 0 2 0
> 1.3 0 2 0
冬季（12~2月），AOD值不高，大多数地区都处在0.5以下（蓝绿色区域），只有江西省周围的AOD值较高，达到0.7以上的高值。从像元的变化也能看出，2007年和2009年的AOD值在冬季时，气溶胶光学厚度值大多集中在0.3~0.5这个范围内，能达到0.7以上的高值很少，几乎可以忽略。这是由于进入冬季后冷空气开始频繁入侵，空气层结渐趋稳定，混合层高度降低，且部分地区有雪覆盖，因此AOD较低，细粒子含量亦有所下降[10]。冬季植被覆盖率较秋季低、土壤裸露、空气干燥，造成土壤的风化，使局地大颗粒气溶胶的产生增多[10]。
从图21中也可以看出，2008年冬季气溶胶光学厚度明显比2007年和2009年高，达到0.7高值的像元数有150个之多。原因可能为：2008年南方雪灾，江西省就是受灾六省之一，雪灾导致长江中下游地区形成强烈降水，使大面积森林损毁，农作物大量死亡等，导致气溶胶含量不断上升，同时由于雪灾导致气温比较往年低很多，人们烧煤量增加，这也是气溶胶含量出现异常的原因之一。
图d：2007年春季(07.3~07.5)
图e：2008年春季(08.3~08.5)
图f：2009年春季(09.3~09.5) 图2：春季气溶胶光学厚度
图d~f为2007~2009年春季气溶胶光学厚度分布图
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表2：春季气溶胶光学厚度象元统计
AOD值 2007 2008 2009
< 0.1 136 140 145
0.1~0.3 85 70 158
0.3~0.5 379 473 759
0.5~0.7 629 751 603
0.7~0.9 329 316 121
0.9~1.1 167 71 0
1.1~1.3 48 6 0
> 1.3 6 0 0
春季（3~5月），是全年AOD值最大的季节，图2显示，和冬季相比，江西省大部分地区AOD值增加，尤其在2007年，以南昌市为中心的地区气溶胶光学厚度达到1.3（深红色区域）以上的高值，0.7以上的高值区几乎占据江西省整个北部区域。2008年较2007年情况稍好，但在南昌市附近也出现了1.1~1.3的高值。2009年是三年中春季情况最好的一年，但是气溶胶光学厚度低于0.3的低值区（蓝色区域）也非常少。从表2中可以清楚的看到，AOD值主要集中在0.5~0.7这一范围内，这样气溶胶光学厚度均值将会明显高于冬季。这是因为春季北方沙尘、扬沙、浮尘等天气的频繁，通过气溶胶的输送，带来大量的沙尘粒子，以及植被覆盖率低、土壤裸露、强冷大风天气，将地面的尘土带入空中，导致局地气溶胶含量增加[10]。同时，春季天气转暖，人们出行量增多，人类活动日益频繁，这也是导致春季气溶胶光学厚度增加的原因之一。
图g：2007年夏季(07.6~07.8)
图h：2008年夏季(08.6~08.8)
图i：2009年夏季(09.6~09.8) 图3：夏季气溶胶光学厚度
图g~i为2007~2009年夏季气溶胶光学厚度分布图
表3：夏季气溶胶光学厚度象元统计
AOD值
< 0.1 0.1~0.3 0.3~0.5 0.5~0.7
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0.7~0.9 0.9~1.1 1.1~1.3 > 1.3
2007 2008 2009 121 131 139 93 285 376 439 632 906 857 407 298 191 177 28 7 60 1 1 31 0 0 9 0
夏季（6~8月），江西省全省的气溶胶厚度相对春季总体普遍降低，从图3中看出，在江西省南部气溶胶光学厚度低于0.5的区域（蓝色和绿色区域）明显增多，而在南昌市周边地区相对春季而言，在0.7以上的高值区也明显减少。从表3数据分析，从春季到夏季的每个阶段的像元可以发现，高值区像元明显减少，而相对低值区也在减少，像元主要集中在气溶胶光学厚度不高也不低的范围内。造成以上情况的原因是：江西省南部主要是森林用地，人类活动并不活跃，且夏季降水较多，雨水对气溶胶粒子有冲刷的作用，特别是对大粒子的气溶胶，除尘效果更为明显[23]，导致气溶胶光学厚度降低。后者为由于夏季气温较高，人类活动增多，人类出行产生的烟尘，灰霾等也大幅度增加，其中汽车尾气中的碳氢化合物、氮氧化合物、CO、SO2等在大气中的排放量也大大的加强，导致硫酸盐气溶胶也增加，由降水增加的湿沉降量并不足以抵消硫酸盐气溶胶的净生成[24]。因此，气溶胶光学厚度较大，且主要以颗粒较小的工业型城市型气溶胶为主。
图j：2007年秋季(07.9~07.11)
图k：2008年秋季(08.9~08.11)
图l：2009年秋季(09.9~09.11) 图4：秋季气溶胶光学厚度
图j~l为2007~2009年秋季气溶胶光学厚度分布图
表4：秋季气溶胶光学厚度象元统计
AOD值 2007
< 0.1 145
0.1~0.3 118
0.3~0.5 713
0.5~0.7 658
- 8 -
0.7~0.9 151
0.9~1.1 4
1.1~1.3 1
> 1.3 1