[發(fā)明專利]一種氣溶膠光學厚度與PM2.5反演訂正方法及其系統(tǒng)

有效

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• 申請日: 2018-05-28
• 公開（公告）號: CN108763756B
• 公開（公告）日: 2021-06-25
• 發(fā)明（設計）人: 李衛(wèi)東;董立曄;王珂;段金龍;董前林;張學海;趙晨曦;孟凡謙;張定文;龐留記
• 申請（專利權）人: 河南工業(yè)大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20
• 代理公司: 北京市廣友專利事務所有限責任公司 11237
• 代理人: 祁獻民

本發(fā)明的實施例公開一種氣溶膠光學厚度與PM2.5反演訂正方法及其系統(tǒng)，涉及環(huán)境保護領域，能夠為研究區(qū)域PM2.5反演的準確度和精確度提供依據(jù)，同時也可間接判斷其它氣候條件對反演結果影響程度的大小。所述方法包括：數(shù)據(jù)分析步驟：分析預設區(qū)域在預設時間段內的相對濕度及氣溶膠標高隨季節(jié)大致變化趨勢；拐點判斷步驟：根據(jù)所述變化趨勢利用累積距平法判斷相對濕度及氣溶膠標高變化拐點；計算確定步驟：利用累積量斜率變化率比較方法確定相對濕度和氣溶膠標高分別對所述氣溶膠光學厚度與所述PM2.5的貢獻率。

技術領域

本發(fā)明涉及生態(tài)環(huán)境領域，尤其涉及一種氣溶膠光學厚度與PM2.5反演訂正方法及其系統(tǒng)。

背景技術

隨著全球工業(yè)化經(jīng)濟快速發(fā)展，大氣污染日趨嚴重，灰霾等熱點環(huán)境問題引發(fā)越來越多的關注。灰霾等污染物不僅影響人們正常工作生活和出行，影響城市大氣環(huán)境，而且細微粒徑氣溶膠(如可吸入細顆粒物PM2.5等)，可引起呼吸系統(tǒng)疾病和心血管疾病，極大危害人體健康。

然而細顆粒物PM2.5和氣溶膠光學厚度(AOD)作為城市大氣環(huán)境質量的重要指示性因子，因此對其有效監(jiān)測分析顯得格外重要。世界各國研究學者廣泛研究建立了不同國家和地區(qū)AOD與PM2.5兩者之間的關系，從而利用反演的PM2.5質量濃度來間接反映研究區(qū)域近地面的污染狀況。這些進一步說明了衛(wèi)星遙感在空氣質量監(jiān)測方面扮演的重要角色。近地面顆粒物的成因和特性都比較復雜，其與局部環(huán)境氣候條件、地表類型、季節(jié)、污染狀況等氣象條件都有很大的關系。

這些研究表明，影響AOD與PM2.5二者之間相關關系最主要的因素是氣溶膠消光系數(shù)的相對垂直廓線，且加入環(huán)境氣候因子可以起到提高二者相關水平的作用。這些研究進一步說明衛(wèi)星遙感在空氣質量監(jiān)測上具有一定的可行性，進行大尺度、廣區(qū)域的空氣質量監(jiān)測更有一定的實際應用價值。

以往眾多學者多選取某個研究區(qū)，引入濕度訂正及垂直訂正方法，利用氣溶膠AOD數(shù)據(jù)建立并比較PM2.5-AOD的簡單線性回歸模型、多元線性回歸模型等，然而，在PM2.5反演過程中進行濕度訂正和標高訂正時相對濕度及垂直標高的貢獻率各為多少往往很難確定。

發(fā)明內容

有鑒于此，本發(fā)明實施例提供一種氣溶膠光學厚度與PM2.5反演訂正方法及其系統(tǒng)，通過分析計算相對濕度、垂直標高對AOD或PM2.5貢獻率，揭示了 AOD對于相對濕度、垂直標高的敏感性論證及PM2.5對于相對濕度的敏感性論證，對于AOD與PM2.5質量濃度反演的精準度具有重要指導作用，為進一步反演更精確的近地面PM2.5質量濃度數(shù)據(jù)提供了參考依據(jù)。

第一方面，本發(fā)明實施例提供一種氣溶膠光學厚度與PM2.5反演訂正方法，包括：

數(shù)據(jù)分析步驟：分析預設區(qū)域在預設時間段內的相對濕度及氣溶膠標高隨季節(jié)大致變化趨勢；

拐點判斷步驟：根據(jù)所述變化趨勢利用累積距平法判斷相對濕度及氣溶膠標高變化拐點；

計算確定步驟：利用累積量斜率變化率比較方法確定相對濕度和氣溶膠標高分別對所述氣溶膠光學厚度與所述PM2.5的貢獻率。

結合第一方面，在第一方面的第一種實施方式中，在所述數(shù)據(jù)分析步驟之前，所述方法還包括：

模型建立步驟：在預設時間段內利用CALIPSO激光雷達二級氣溶膠數(shù)據(jù)產(chǎn)品，引入氣溶膠濕度訂正方法和氣溶膠垂直標高訂正方法，以近地面預設高度以下氣溶膠光學厚度為自變量、近地面PM2.5質量濃度數(shù)據(jù)為因變量，建立線性、一元二次、乘冪、對數(shù)和指數(shù)五種回歸擬合模型。

結合第一方面的第一種實施方式，在第一方面的第二種實施方式中，所述氣溶膠濕度訂正方法的步驟具體包括：

結合觀測站點的相對濕度數(shù)據(jù)，將相應日期的近地面消光系數(shù)除以吸濕增長因子，得到濕度訂正后的氣溶膠消光系數(shù)，進而利用所述氣溶膠消光系數(shù)反演PM2.5的質量濃度。