[發(fā)明專利]遙感監(jiān)測(cè)近地表細(xì)顆粒物質(zhì)量濃度PM2.5的多元回歸方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310689804.2
• 申請(qǐng)日: 2013-12-16
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103674794A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-03-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 賈松林;陳良富;陶金花;蘇林
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院遙感與數(shù)字地球研究所
• 主分類號(hào): G01N15/06
• 分類號(hào): G01N15/06
• 代理公司: 北京中創(chuàng)陽(yáng)光知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司 11003
• 代理人: 尹振啟

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及大氣遙感技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于MODIS?AOT產(chǎn)品數(shù)據(jù)與NCEP氣象數(shù)據(jù)的遙感監(jiān)測(cè)近地表細(xì)顆粒物質(zhì)量濃度（PM_2.5）的多元回歸方法。

背景技術(shù)

近年來(lái)，各國(guó)學(xué)者對(duì)基于衛(wèi)星遙感估算近地面顆粒物濃度和監(jiān)測(cè)區(qū)域污染進(jìn)行了廣泛的研究，主要的思路都是直接或間接地借助其他參數(shù)建立AOT與近地面顆粒物濃度間的相關(guān)模型。根據(jù)相關(guān)模型中引入的大氣環(huán)境因子的差異，這些研究工作大致可分為三類：AOT與近地面顆粒物濃度的直接相關(guān)模型、考慮氣溶膠垂直分布和相對(duì)濕度影響的相關(guān)模型、考慮多種環(huán)境氣象因素的相關(guān)模型。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提供一種可以穩(wěn)定地、快速方便地遙感監(jiān)測(cè)近地表細(xì)顆粒物質(zhì)量濃度的多元回歸方法。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明遙感監(jiān)測(cè)近地表細(xì)顆粒物質(zhì)量濃度的多元回歸方法，具體為：

1）利用搭載在衛(wèi)星上的中分辨率成像光譜儀對(duì)大氣進(jìn)行遙感監(jiān)測(cè)，獲得MODIS?AOT產(chǎn)品數(shù)據(jù)；

2）利用地基PM監(jiān)測(cè)站點(diǎn)監(jiān)測(cè)近地表細(xì)顆粒物質(zhì)量濃度PM_2.5；

3）通過(guò)對(duì)MODIS?AOT產(chǎn)品數(shù)據(jù)與近地表細(xì)顆粒物質(zhì)量濃度PM_2.5、NCEP氣象數(shù)據(jù)的匹配處理產(chǎn)生大量樣本數(shù)據(jù)，對(duì)樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析確立遙感監(jiān)測(cè)近地表細(xì)顆粒物質(zhì)量濃度PM_2.5的多元回歸模型；

4）對(duì)MODIS?AOT產(chǎn)品數(shù)據(jù)做預(yù)處理：提取出波長(zhǎng)550nm處AOT數(shù)據(jù)及其地理數(shù)據(jù)，并轉(zhuǎn)成GeoTiff格式存儲(chǔ)；

5）對(duì)NCEP氣象數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理：將各氣象因子反距離權(quán)重插值到S2中AOT的產(chǎn)品網(wǎng)格中，并以GeoTiff格式存儲(chǔ)；

6）將步驟4）和步驟5）中預(yù)處理后的AOT數(shù)據(jù)和各氣象因子數(shù)據(jù)應(yīng)用于步驟3）中確立的多元回歸模型，得到遙感監(jiān)測(cè)近地表細(xì)顆粒物質(zhì)量濃度PM_2.5的結(jié)果。

進(jìn)一步，所述步驟3）包括以下步驟：

A）獲取一段時(shí)間內(nèi)的MODIS?AOT產(chǎn)品數(shù)據(jù)與近地表細(xì)顆粒物質(zhì)量濃度PM_2.5、氣象數(shù)據(jù)；

B）將步驟A）中所獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)空匹配，匹配的原則是空間上以地基PM監(jiān)測(cè)站點(diǎn)為準(zhǔn)，時(shí)間上以衛(wèi)星過(guò)境時(shí)間為準(zhǔn)；

C）對(duì)步驟B）中處理后的數(shù)據(jù)通過(guò)統(tǒng)計(jì)分析軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,建立公式（1）所示的遙感監(jiān)測(cè)近地表細(xì)顆粒物質(zhì)量濃度PM_2.5的冪指函數(shù)形式的統(tǒng)計(jì)回歸模型：

PM_2.5=e^γ0×AOT^γ1×HPBL^γ2×e^{γ3×RH+γ4×AT+γ5×U+γ6×V}???（1），

公式（1）中PM_2.5是指地基PM監(jiān)測(cè)站點(diǎn)的近地表細(xì)顆粒物質(zhì)量濃度PM2.5質(zhì)量濃度小時(shí)均值，單位為μg/m3；AOT是指波長(zhǎng)0.55μm處的MODIS氣溶膠光學(xué)厚度值，HPBL是指NCEP資料提取的邊界層高度，單位km；RH為地基測(cè)量的近地表相對(duì)濕度，單位%；AT為地基測(cè)量的近地表氣溫，單位℃；U和V分別為西風(fēng)分量和南風(fēng)分量，單位m/s；γ0、γ1、γ2、γ3、γ4、γ5、γ6為公式（1）中相應(yīng)參數(shù)的回歸系數(shù)。

進(jìn)一步，所述NCEP氣象數(shù)據(jù)包括邊界層高度、相對(duì)濕度、近地表氣溫、西風(fēng)分量和南風(fēng)分量；所述NCEP氣象數(shù)據(jù)從美國(guó)國(guó)家大氣研究中心管理的研究數(shù)據(jù)檔案庫(kù)中下載獲得。

進(jìn)一步，所述步驟B）中在空間上：地基氣象數(shù)據(jù)與PM監(jiān)測(cè)站點(diǎn)的匹配采用就近匹配，即采用與PM監(jiān)測(cè)站點(diǎn)最近的氣象數(shù)據(jù)；MODIS?AOT則采用以PM監(jiān)測(cè)站點(diǎn)為中心15km為半徑的非零象元的均值，即PM監(jiān)測(cè)站點(diǎn)為中心的3*3的象元的非零均值；對(duì)于NCEP資料的處理則是對(duì)離PM監(jiān)測(cè)站點(diǎn)較近的四個(gè)格點(diǎn)進(jìn)行反距離權(quán)重插值以作為該站點(diǎn)的NCEP資料數(shù)據(jù)。

進(jìn)一步，所述步驟B）中在時(shí)間上：如果采用MODIS下午星AQUA的AOD數(shù)據(jù)，那么地基近地表細(xì)顆粒物質(zhì)量濃度PM_2.5數(shù)據(jù)和氣象數(shù)據(jù)采用13-14點(diǎn)值的平均，NCEP資料采用UTC-6點(diǎn)的數(shù)據(jù)。

進(jìn)一步，所述步驟C）中所建立統(tǒng)計(jì)回歸模型的系數(shù)為：

γ0=1.997、γ1=0.199、γ2=-0.502、γ3=0.04、γ4=0.039、γ5=0.060、γ6=0.064。