[發明專利]一種支持高分辨率氣溶膠光學厚度反演的城市復雜地表反射率估算方法

有效

• 申請號: 202110562764.X
• 申請日: 2021-05-24
• 公開（公告）號: CN113324915B
• 公開（公告）日: 2022-10-21
• 發明（設計）人: 李四維;林昊;楊潔
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: G01N21/17
• 分類號: G01N21/17;G01N21/31;G01N21/35;G01N21/3504;G01N21/3563;G01N21/359;G01N21/55;G06F30/20
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 王琪

本發明涉及一種支持高分辨率氣溶膠光學厚度反演的城市復雜地表反射率估算方法。首先為每個像元構建像元數據庫，根據歸一化植被指數(NDVI)將城市復雜地表分為三類，然后對每類地表構建精確的地表反射率估算方案。本發明實現的高空間分辨率地表反射率確定方案，可根據城市地區不同地表的反射特性和變化特性，精確的獲取不同地表的地表反射率，且在偽不變地表上考慮了地表的雙向反射特性。基于該發明獲取的地表反射率可用于支撐城市復雜地表的高分辨率衛星AOD反演。此外，該方法或該方法獲取的地表反射率可以推廣到具有同類型傳感器的衛星上，進一步提高高空間分辨率衛星在AOD反演中的應用。

技術領域

本發明屬于衛星被動遙感領域，特別是涉及一種支持高分辨率氣溶膠光學厚度反演的城市復雜地表反射率估算方法。

背景技術

氣溶膠是懸浮在大氣中直徑小于100um的固態或液態顆粒物的總稱，已對全球氣候變化、城市生態環境和人類健康造成重要影響。現有的粗分辨率(1km)氣溶膠光學厚度(AOD)產品，無法反映大氣氣溶膠在小空間尺度上的變化，尤其是不能夠滿足城市地區的精細化和精準化大氣污染監測的需求。高空間分辨率衛星觀測能提供高分辨率氣溶膠產品，但其反演算法需要將地表貢獻從衛星觀測中剝離，以獲取微弱的氣溶膠散射信號，因此獲取準確的高分辨率地表反射率是高分辨率衛星氣溶膠反演的關鍵問題之一。

地表反射率并不是固定的，它與地表覆蓋類型、視圖幾何(即太陽天頂角、衛星天頂角、相對方位角)等相關。Wei等利用landsat逐場景的地表反射率產品，基于第二最小值的原則構建了逐月的地表反射率先驗知識庫。Chen等利用一定時段內的sentinel-2的地表反射率庫和地基AERONET站點的AOD確定最干凈的像元，并用其來代替一個月內的地表反射率。上述方法都假設地表為朗伯面，而城市的復雜地表(如人造地表)是非朗伯面，存在明顯的雙向反射特性。Lyapustin等基于中分辨率衛星MODIS重訪周期短的特點，在短期內(8-16天)獲取多個(至少4個)不同角度觀測的地表反射率數據，基于半經驗RTLS模型建立了地表雙向反射率分布函數(BRDF)，例如MODIS的MOD19A3產品。然而，高分辨率衛星影像由于其空間分辨率較高而衛星視場較窄，所以重訪周期較長(如Landsat-8衛星的重訪周期為16天)，很難在短期內獲得足夠的有效觀測，這為準確估算城市復雜地表的雙向反射特性帶來了較大的困難。

因此，急需研究一種考慮地表雙向反射特性，適用于高分辨率衛星影像的地表反射率估算方法，為復雜城市地表的氣溶膠光學厚度反演提供精確的地表反射率，進而提高氣溶膠反演的精度。

發明內容

本發明針對現有技術的不足，提供一種支持高分辨率氣溶膠光學厚度反演的城市復雜地表反射率估算方法。本發明首先為每個像元構建像元數據庫，根據歸一化植被指數(NDVI)將城市復雜地表分為三類，然后分別對每類地表構建精確的地表反射率估算方案，可廣泛應用于高分辨率衛星傳感器的地表反射率準確估算。

為了達到上述目的，本發明提供的技術方案是一種支持高分辨率氣溶膠光學厚度反演的城市復雜地表反射率估算方法，包括以下步驟：

步驟1，構建像元數據庫，具體包括以下幾個子步驟：

步驟1.1，獲取影像；

步驟1.2，剔除無效數據；

步驟1.3，進行大氣校正；

步驟1.4，基于紅光波段和近紅外波段的地表反射率計算NDVI；

步驟1.5，構建像元數據庫；

步驟2，確定城市復雜地表的類型，具體包括以下幾個子步驟：

步驟2.1，標記濃密植被地表；

步驟2.2，標記偽不變地表；

步驟2.3，標記稀疏植被地表；