[發明專利]一種陸地云光學厚度的遙感反演方法及系統

有效

• 申請號: 201410811094.0
• 申請日: 2014-12-23
• 公開（公告）號: CN104535979A
• 公開（公告）日: 2015-04-22
• 發明（設計）人: 張海龍;李麗;辛曉洲;余珊珊
• 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: G01S7/41
• 分類號: G01S7/41;G01S17/95;G01S17/89
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司 11002
• 代理人: 李相雨

技術領域

本發明涉及大氣遙感技術領域，尤其涉及一種陸地云光學厚度的遙感反演方法及系統。

背景技術

云性質及其在時空尺度上的變化對全球氣候變化研究十分重要。云光學厚度是計算云輻射效應和光學作用的重要參量之一，是地氣輻射系統的主要調節參量。遙感技術為大范圍實時云光學參數反演提供了有力手段。在云光學厚度大的情況下，云的反射函數可寫為符合漸進理論的表達形式，其中反射輻射在非吸收的大氣波段是云光學厚度、地面反射率和非對稱因子的函數。當云光學厚度大于9后，無論是非守恒大氣還是守恒大氣，反射函數的漸進理論表達式均可以適用。Ou等人在輻射傳輸模式和參數化的基礎上，選取了AVHRR的3.7μm和10.9μm兩個通道數據，提出了反演卷云光學厚度的算法，并將該算法應用于第一次國際衛星云氣候計劃區域試驗卷云加密觀測中，結果表明，反演得到的云參數與地基和機載探測結果較為一致。Rosenfeld等人利用NOAA-AVHRR的0.65通道數據反演了云頂附近的云光學厚度信息，并與雷達回波的結果進行了對比分析。第一個全球范圍的光學厚度產品由ISCCP提供，該方法是針對有效粒子半徑為10μm的水云，通過查找表的方式得到，其光學厚度值域為0.5～100。

20世紀80年代以來，我國利用飛機、雷達和氣象衛星遙感資料，開展了一系列云輻射特性方面的研究工作，取得了眾多研究成果。利用衛星可見光通道資料反演云光學厚度的基礎理論已趨于成熟，即在可見光波段，云的反射函數主要依賴于云的光學厚度，但受多種因素的共同影響，云的輻射特性復雜，在空間和時間上具有高度的可變性?，F有MODIS產品的業務算法也采用近紅外和可見光兩個通道同時實現光學厚度和有效粒子半徑的反演，其理論基礎依然是平面平行理論，其反演方法會高估向陽方向的云光學厚度，低估背光方向的云光學厚度。

在實現本發明過程中，發明人發現現有技術中至少存在如下問題：

目前而言，衛星遙感云光學厚度的精度還存在著一定的問題，其中最主要的問題是云的宏觀和微觀不均勻性對云光學厚度的影響的程度至今尚無準確結論。對冰云而言，球形粒子假定和Mie理論已不再適用，加上冰云的時空分布變化大和其水平取向的多樣性，使得冰云的反演難度更大。Nakajima指出，對于光學厚度大于4，有效粒子半徑大于6μm的層狀水云來說，可以用0.75μm反演光學厚度，而對于光學薄云層來說，反演結果是不確定的，解不是唯一的，由0.75反演的云光學厚度代表整層云光學厚度的20％～40％。

發明內容

(一)要解決的技術問題

本發明提出一種陸地云光學厚度的遙感反演方法及系統，可以快速準確的實現日間云光學厚度的提取，對于高亮地表，如冰、雪等下墊面情形，得到較好的反演結果。

(二)技術方案

為解決上述技術問題，本發明提供了一種陸地云光學厚度的遙感反演方法，所述方法包括：

獲取陸地的可見光影像，生成所述可見光影像的地表反射率；

根據預設參數利用輻射傳輸模型建立查找表；

對所述可見光影像進行輻射定標，轉換為可見光影像的星上輻照度；

結合多光譜影像數據，將所述可見光影像生成云掩膜圖像；

根據所述可見光影像的地表反射率和星上輻照度，利用所述查找表，將所述云掩膜圖像中的云覆蓋像元的星上輻照度反演為云光學厚度。

優選地，所述可見光影像為極軌衛星采集的可見光波段影像數據或靜止衛星采集的可見光波段影像數據。

優選地，所述生成所述可見光影像的地表反射率數據具體包括：

在預設時間段內，選取逐日同一成像時刻的可見光影像；

對所述預設時間段內選取的所述可見光影像進行大氣校正；

根據校正后的可見光影像，提取地表反射率的最小值作為地表反射率。

優選地，所述預設時間段的時間步長為一個月，在所述預設時間段內地表反射率特性變化最小，且該預設時間段內至少有一天是晴空狀況。

優選地，所述根據預設參數利用輻射傳輸模型建立查找表，具體包括：

根據預設參數，所述預設參數包括多個太陽天頂角、多個觀測天頂角、相對方位角、多個地表高程、多個氣溶膠光學厚度和多個云光學厚度，采用大氣輻射傳輸模型SBDART計算多組不同地表、大氣和觀測幾何下的云光學厚度與星上輻照度的值，生成查找表。

優選地，根據云相態的不同，所述查找表包括：水云查找表和冰云查找表。

優選地，結合多光譜影像數據，生成云掩膜圖像具體包括：