[發明專利]基于高分一號衛星的陸地氣溶膠光學性質反演方法

有效

• 申請號: 201410169298.9
• 申請日: 2014-04-24
• 公開（公告）號: CN103927455B
• 公開（公告）日: 2017-01-18
• 發明（設計）人: 王子峰;王中挺;陳良富;陶金花;陶明輝;李莘莘;張瑩
• 申請（專利權）人: 中國科學院遙感與數字地球研究所
• 主分類號: G06F19/00
• 分類號: G06F19/00
• 代理公司: 北京東方匯眾知識產權代理事務所(普通合伙)11296
• 代理人: 張淑賢,朱元萍

技術領域

本發明涉及大氣遙感技術領域，尤其涉及一種基于高分一號衛星寬覆蓋CCD數據的溶膠光學性質反演方法。

背景技術

衛星遙感氣溶膠的研究始于上世紀七十年代中期，在上個世紀最后的30多年里，用于研究和形成業務化使用的衛星遙感氣溶膠包括在火山噴發氣溶膠監測、NOAA(美國國家海洋和大氣管理局)系列衛星對深海上空來自沙塵暴和森林火災造成的氣溶膠層光學厚度遙感、紅外遙感沙塵性氣溶膠遙感、臭氧總量成像光譜儀(TOMS)紫外波段對吸收性氣溶膠的遙感等幾個方面。美國地球觀測系統計劃(EOS)Terra和Aqua攜帶的中分辨率成像光譜儀(MODIS)對全球發布了10千米氣溶膠光學厚度的全球分布產品；法國自1996年起推動了偏振多角度相機(POLDER)探測海洋和陸地氣溶膠的研究。到目前為止，利用衛星遙感氣溶膠已經形成了一定的全球氣溶膠探測體系。

目前的較為成熟和應用廣泛的陸地氣溶膠衛星遙感反演算法為暗目標方法。該方法多利用短波紅外波段(如2.1微米附近)識別暗目標并獲得地表反射率，進而依據該波段與紅、藍波段的地表反射率的經驗關系，反演氣溶膠光學厚度。然而GF1等國產衛星的CCD數據缺少短波紅外波段，難以適用上述暗目標像元方法。本發明提出一種適用于高分一號(下簡稱GF1)衛星寬覆蓋CCD數據的氣溶膠光學厚度反演方法，可突破短波紅外數據的限制，為基于國產高分辨率衛星進行空氣質量監測提供技術支持。

發明內容

本發明要解決的技術問題是：提供一種基于GF1衛星寬覆蓋CCD數據的運行高效、精度較好的區域陸地氣溶膠遙感反演的方法。

為解決上述問題，本發明提供了一種基于GF1衛星的陸地氣溶膠光學性質反演方法，該方法包括步驟：

S1、生成大氣光學參數查找表：根據我國不同區域及季節下適用的多種氣溶膠模式和大氣模型、及GF1衛星寬覆蓋CCD數據紅、藍波段的光譜響應函數，用大氣輻射傳輸模擬方法計算不同氣溶膠光學厚度、不同觀測幾何條件以及GF1衛星寬覆蓋CCD數據紅、藍波段對應的大氣光學參數，形成多維查找表；

S2、生成地表反射率先驗數據庫：基于其他衛星獲取的覆蓋全國、隨時間更新的大區域地表反射率產品，計算得出紅、藍波段先驗地表反射率比值，形成地表反射率先驗數據庫；

S3、選取適宜反演的暗目標像元：基于GF1衛星寬覆蓋CCD數據的輻射定標系數計算紅、藍波段表觀反射率；基于云像元判據去除云像元、基于水體像元判據去除水體像元、基于暗目標像元判據提取出適宜氣溶膠光學厚度反演的暗目標像元；

S4、計算暗目標像元觀測幾何條件：基于GF1衛星寬覆蓋CCD數據的輔助定位數據，計算每個暗目標像元的觀測幾何條件；

S5、插值獲取暗目標像元的大氣光學參數：根據待反演的GF1衛星寬覆蓋CCD數據影像的過境時間和區域，確定匹配的氣溶膠模式及大氣模型；然后針對每一個暗目標像元，結合其波段、觀測幾何等索引條件從S1所述查找表中插值得出不同氣溶膠光學厚度對應的大氣光學參數；

S6、基于輻射傳輸反演氣溶膠光學厚度：針對S3所述每個暗目標像元，將S3所述紅、藍波段表觀反射率、S4所述觀測幾何條件、以及S5所述大氣光學參數帶入輻射傳輸方程，計算不同氣溶膠光學厚度下紅、藍波段地表反射率比值；擬合建立該像元氣溶膠光學厚度與輻射傳輸計算的紅、藍波段地表反射率比值的經驗關系；從S2所述數據庫中提取所述暗目標像元的所述紅、藍波段先驗地表反射率比值，依所述經驗關系插值得到所述暗目標像元此時的氣溶膠光學厚度。

在上述方法中，優選地，所述GF1衛星寬覆蓋CCD數據為經過幾何粗校正的藍、綠、紅、近紅外等四個波段，其輔助數據包括：輻射標定系數、過境時間、空間定位及觀測幾何等信息。

在上述方法中，優選地，所述多維查找表包含氣溶膠模式×大氣模型×觀測波段×觀測幾何×光學厚度的多維度索引條件，及每一組索引條件對應的大氣光學參數，并存儲在數據文件中。

優選地，所述隨時間更新的大區域地表反射率產品每次更新間隔的時間不超過30天；所述大區域地表反射率產品所涉及的波段包含GF1衛星紅、藍波段，或與所述GF1衛星紅、藍波段相近。優選地，所述地表反射率先驗數據庫包含具有常見投影坐標的格網化數據，所述數據包含每個格網的紅、藍波段地表反射率比值。