高分四号是中国首颗面向多种应用的光学遥感静止卫星,具备最高20秒/次的高频率对地观测能力。其搭载的50 m可见光凝视相机具有红、绿、蓝等对气溶胶观测敏感的波段,使得高时空分辨率气溶胶光学厚度反演成为可能。研究以此为切入点,针对高分四号卫星观测方式、数据波段特点,构建了高时空分辨率气溶胶光学厚度反演算法,主要研究内容和结论如下:在高分四号卫星高时空分辨率气溶胶反演过程中,考虑提高辐射数据信噪比需要一定大小窗口内的像元进行联合反演。在这个过程中碎云、云边缘、薄云等不容易被识别的像元就会引入误差进而降低反演精度。为此,本文使用基于云空间变化特征的方法针对云边缘和碎云进行检测,同时联合使用光谱反射率特征阈值和HOT(Haze-Optimized Transformation)薄云检测联合的方法对厚云和薄云进行检测。较好的实现了云边缘、碎云、厚云和薄云的检测,从而降低了云掩膜处理带来的反演的误差。高分四号卫星没有固定的拍摄模式,不能规律的覆盖同一区域,这就造成在构建时间序列影像进行地表反射率估计时存在困难。因此利用合成覆盖中国全区域的无云地表反射率(初始地表反射率库)作为时间序列影像法的迭代初值,通过裁剪获得和高分四号卫星影像覆盖同一区域的初始地表反射率值,进而正确构建时间序列影像进行地表反射率估计。利用大陆型气溶胶模型建立查找表,基于气溶胶光学特性随时间变化快,随地点变化慢;地表反射率特性随时间变化慢,随地点变化快的假设,进行查找计算,查找出序列影像中两幅影像地表反射率变化最小的情况,地表反射率变化最小的情况下对应的大气气溶胶参数,作为气溶胶光学厚度的反演结果。并利用同时生成的地表反射率对初始地表反射率库数据进行更新,以实现算法的持续进行。最终产生时间分辨率为1分钟级别,空间分辨率为800 m的气溶胶光学厚度产品。选取2016年6-10月华北地区数据进行反演测试,将反演结果与地基实测数据和MODIS气溶胶产品进行对比验证。通过与MODIS气溶胶产品进行对比验证,可以看出,两者空间分布趋势一致、相关性较高;从回归方程看,斜率为1.09,相关系数R达到0.893,总体结果精度较高。通过与精度较高的地基观测网AERONET和SONET站点实测数据进行对比验证,从结果可以看出,两者线性拟合的回归方程斜率为0.797,相关系数R为0.794,相关性较好。表明:使用时间序列影像法利用高分四号卫星数据进行高时空分辨率气溶胶反演具有可行性。最后利用2016年6月26日的高分四号卫星数据的气溶胶产品分析了华北平原局部地区的大气分布和变化情况,表明高分四号高时空分辨率的气溶胶产品对大气污染及变化监测具有很大的潜力。