[發明專利]基于高分四號衛星的氣溶膠光學厚度的反演方法及設備

在審

• 申請號: 201710500843.1
• 申請日: 2017-06-27
• 公開（公告）號: CN107389617A
• 公開（公告）日: 2017-11-24
• 發明（設計）人: 王橋;王中挺;厲青;周春艷;張麗娟;毛慧琴;陳輝;陳翠紅;馬鵬飛;張玉環
• 申請（專利權）人: 環境保護部衛星環境應用中心
• 主分類號: G01N21/55
• 分類號: G01N21/55
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司11002
• 代理人: 王瑩,吳歡燕

技術領域

本發明涉及大氣遙感技術領域，更具體地，涉及基于高分四號衛星的氣溶膠光學厚度的反演方法及設備。

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，目前，較為成熟的從可見光波段反演陸地氣溶膠的算法主要有：

1)暗目標法。利用濃密植被在紅光、藍光波段的地表反射率較低，構建暗目標在這兩個波段的線性關系，從衛星觀測的信號中去除地表反射貢獻，提取氣溶膠信息。該算法已成功應用于TM、高分一號等國內外傳感器。

2)深藍算法。假定地表反射率隨時間變化較小，利用清晰天的地表反射率去除地表貢獻，從藍光波段反演氣溶膠，該算法已成功應用于干旱半干旱區域。

3)多角度算法。根據同一地物在不同觀測角度的地表反射率比值不隨波長變化，Diner等從MISR的多角度數據反演得到氣溶膠，Hagolle等、張玉環等則利用不同天的衛星多角度數據計算價值函數反演得到氣溶膠。

4)多角度偏振算法。利用偏振數據觀測氣溶膠,一般是通過設定一組氣溶膠模式計算其大氣偏振反射率，利用多角度、多波段觀測進行最優擬合，實現氣溶膠的反演。

但是，上述陸地氣溶膠反演算法主要是針對極軌衛星數據，而針對靜止衛星尤其是高分四號衛星數據開展的氣溶膠反演研究較少；如何根據高分四號衛星數據的軌道特點，實現氣溶膠的反演是需要解決的技術難題。

發明內容

本發明提供一種克服上述問題或者至少部分地解決上述問題的基于高分四號衛星的氣溶膠光學厚度的反演方法及設備。

根據本發明的一個方面，提供一種基于高分四號衛星的氣溶膠光學厚度的反演方法，包括：

S1，獲取高分四號衛星的遙感數據中每個像元的觀測幾何；

S2，基于所述遙感數據中每個像元及所述遙感數據中藍波段數據，利用所述觀測幾何插值大氣參數查找表，獲取當前大氣參數，所述當前大氣參數包括：不同氣溶膠光學厚度下的大氣向下的半球反射率、大氣整層透過率和大氣路徑輻射項等效反射率；

S3，基于所述當前大氣參數，利用改進的深藍算法獲取當前地表反射率，并獲取不同氣溶膠光學厚度下的表觀反射率；

S4，利用所述當前地表反射率和所述表觀反射率對所述高分四號衛星的歸一化表觀反射率進行插值，以獲取反演的氣溶膠光學厚度。

進一步，所述S1中，所述觀測幾何包括觀測天頂角、太陽天頂角和相對方位角；所述S1進一步包括：

S1.1，基于所述高分四號衛星柵格數據中的幾何定位信息及觀測時間，獲取每個像元的經緯度，并獲取每個像元的太陽天頂角和太陽方位角；

S1.2，基于所述高分四號衛星的靜止觀測軌道參數及所述遙感數據的投影信息，結合S1.1所述每個像元的經緯度，獲取每個像元的觀測天頂角和觀測方位角；

S1.3，基于所述的觀測方位角和太陽方位角，獲取每個像元的相對方位角，結合所述太陽天頂角和所述觀測天頂角，從而得到每個像元的觀測幾何。

進一步，通過以下步驟獲取S2中所述大氣參數查找表，包括：

基于所述高分四號衛星的靜止觀測軌道參數，獲取特定區域范圍內的觀測天頂角的值域范圍；

基于所述高分四號衛星的觀測時間，獲取所述特定區域范圍的太陽天頂角的分布范圍，并進行輻射傳輸模擬分析，以獲取太陽天頂角的有效值域范圍；

基于所述觀測天頂角的值域范圍、所述太陽天頂角的有效值域范圍和相對方位角，利用所述遙感數據中藍波段的波段響應函數進行輻射傳輸模擬分析，獲取大氣的路徑輻射項等效反射率、大氣整層透過率和大氣向下的半球反射率，生成大氣參數查找表。

進一步，所述S3進一步包括：

基于MODIS的地表反射率產品及所述高分四號衛星的覆蓋范圍，進行波段提取和圖像鑲嵌，獲取全年范圍的n天合成地表反射率庫r_MODIS，其中n為大于5的自然數；

基于地面觀測結果擬合MODIS與所述遙感數據中藍波段地表反射率的線性關系，獲得定標系數a和b；

利用所述定標系數a和b改進深藍算法，以修訂MODIS地表反射率庫r_MODIS為所述高分四號衛星的地表反射率庫r_GF-4，計算式如下：

r_GF-4＝a+b·r_MODIS；

基于所述遙感數據的每個像元的經緯度和所述高分四號衛星的過境日期，利用所述地表反射率庫r_GF-4獲得當前地表反射率。