[發明專利]一種基于MODIS數據反演城市大氣氣溶膠光學厚度的方法

在審

• 申請號: 201410279448.1
• 申請日: 2014-06-17
• 公開（公告）號: CN104019753A
• 公開（公告）日: 2014-09-03
• 發明（設計）人: 范嬌
• 申請（專利權）人: 杭州電子科技大學
• 主分類號: G01B11/06
• 分類號: G01B11/06;G01S7/48
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及大氣遙感領域的氣溶膠特性研究，尤其是涉及一種基于MODIS數據反演城市大氣氣溶膠光學厚度的方法。

背景技術

近年來，由于城市交通污染、市政建設、周邊地區工業氣體排放和自然界生態環境的嚴重破壞等人為因素影響，城市空氣質量受到很大影響，空氣污染嚴重。為減少污染源的影響，對城市大氣環境質量的監測變得尤為重要，氣溶膠粒子因為其在大氣監測中的重要作用受到廣泛的關注和研究。大氣氣溶膠由不同相態的物質組成，雖然含量很少，但其可以通過吸收和散射影響太陽輻射，進而影響地-氣系統的輻射收支平衡，對大氣中發生的許多物理化學過程都有重要影響，因此其是氣候變化模擬和環境遙感中的重要因子。

氣溶膠光學厚度是氣溶膠最重要的參數之一，是表征大氣混濁度的重要物理量。探測氣溶膠光學厚度可以采用地基探測方法和衛星遙感方法。地基探測可以比較準確地測量氣溶膠信息，但獲取的只是空間點上的數據，不能反映大區域氣溶膠時空分布。遙感技術具有覆蓋面積廣、信息獲取方便、快捷等特點，相對于地面觀測可以更高效地獲取大氣氣溶膠信息。當前利用Terra/Aqua衛星上搭載的MODIS傳感器觀測的高分辨率衛星遙感資料反演氣溶膠光學厚度可以克服地基探測的不足，為人們實時了解大區域范圍內的氣溶膠變化提供了可能。

不少學者針對衛星遙感反演氣溶膠光學厚度這一問題做過相關研究。例如中國專利公告CN?102636143A(公告日期：2012年8月15日)公開了一種氣溶膠光學厚度遙感反演方法。該方法依據純像元指數提取遙感圖像中的純像元，生成純像元掩膜，進而確定純像元地表反射率，最后根據查找表將遙感觀測的輻射亮度反演為氣溶膠光學厚度。該方法雖然不受混合像元影響，能有效的用于城區的氣溶膠監測，但是它選用6S大氣輻射傳輸模型中的既定的氣溶膠類型，把整個地球大氣氣溶膠只劃分為沙塵性以及城市性顯然非常粗糙。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于MODIS數據的反演城市大氣氣溶膠光學厚度的方法，通過建立數學模型來確定最適當的大氣氣溶膠類型，由6S大氣輻射傳輸模型建立氣溶膠光學厚度的查找表，并通過對查找表中數據的三次樣條插值得出反演結果。

為實現上述目的，本發明采用以下步驟：

1)根據6S大氣輻射傳輸方程，建立數學模型計算四種基本氣溶膠沙塵性、水溶性、海洋性以及煤煙性的體積比濃度，得到自定義的氣溶膠類型。具體為，令沙塵性氣溶膠體積比濃度為v₁，水溶性氣溶膠體積比濃度為v₂，海洋性氣溶膠體積比濃度為v₃，煤煙性氣溶膠體積比濃度為v₄，其中v₄＝1-(v₁+v₂+v₃)；根據待反演城市的特征，分別確定v₁、v₂、v₃、v₄的臨界值，設v₁的最小值為v_1min，v₁的最大值為v_1max，v₂的最小值為v_2min，v₂的最大值為v_2max，v₃的最小值為v_3min，v₃的最大值為v_3max；MODIS數據中衛星觀測的表觀反射率在1波段(660nm)下為ρ₀，將v₁從v_1min到v_1max進行遞增迭代，將v₂從v_2min到v_2max進行遞增迭代，將v₃從v_3min到v_3max進行遞增迭代，并根據v₄的表達式得到v₄的值，將每一組v₁、v₂、v₃、v₄的值帶入6S大氣輻射傳輸方程分別計算在660nm下的衛星反射率ρ₁，計算ρ₀與ρ₁的差值的平方，此數據用ε表示，將ε與對應的v₁、v₂、v₃、v₄的值都記錄下來；當v₁、v₂、v₃都達到1時迭代完畢。從記錄的所有數據中取出ε最小的200萬組數據，取這200萬組數據對應的v₁的平均數作為自定義的氣溶膠類型中沙塵性氣溶膠體積濃度；取這200萬組數據對應的v₂的平均數作為自定義的氣溶膠類型中水溶性氣溶膠體積濃度；取這200萬組數據對應的v₃的平均數作為自定義的氣溶膠類型中海洋性氣溶膠體積濃度；取這200萬組數據對應的v₄的平均數作為自定義的氣溶膠類型中煤煙性氣溶膠體積濃度。