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

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810528745.3
• 申請(qǐng)日: 2018-05-28
• 公開（公告）號(hào): CN108763756B
• 公開（公告）日: 2021-06-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李衛(wèi)東;董立曄;王珂;段金龍;董前林;張學(xué)海;趙晨曦;孟凡謙;張定文;龐留記
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 河南工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F30/20
• 分類號(hào): G06F30/20
• 代理公司: 北京市廣友專利事務(wù)所有限責(zé)任公司 11237
• 代理人: 祁獻(xiàn)民

本發(fā)明的實(shí)施例公開一種氣溶膠光學(xué)厚度與PM2.5反演訂正方法及其系統(tǒng)，涉及環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域，能夠?yàn)檠芯繀^(qū)域PM2.5反演的準(zhǔn)確度和精確度提供依據(jù)，同時(shí)也可間接判斷其它氣候條件對(duì)反演結(jié)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(yù)設(shè)區(qū)域在預(yù)設(shè)時(shí)間段內(nèi)的相對(duì)濕度及氣溶膠標(biāo)高隨季節(jié)大致變化趨勢(shì)；拐點(diǎn)判斷步驟：根據(jù)所述變化趨勢(shì)利用累積距平法判斷相對(duì)濕度及氣溶膠標(biāo)高變化拐點(diǎn)；計(jì)算確定步驟：利用累積量斜率變化率比較方法確定相對(duì)濕度和氣溶膠標(biāo)高分別對(duì)所述氣溶膠光學(xué)厚度與所述PM2.5的貢獻(xiàn)率。

技術(shù)領(lǐng)域

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

背景技術(shù)

隨著全球工業(yè)化經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，大氣污染日趨嚴(yán)重，灰霾等熱點(diǎn)環(huán)境問題引發(fā)越來越多的關(guān)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(xì)微粒徑氣溶膠(如可吸入細(xì)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(xì)顆粒物PM2.5和氣溶膠光學(xué)厚度(AOD)作為城市大氣環(huán)境質(zhì)量的重要指示性因子，因此對(duì)其有效監(jiān)測(cè)分析顯得格外重要。世界各國(guó)研究學(xué)者廣泛研究建立了不同國(guó)家和地區(qū)AOD與PM2.5兩者之間的關(guān)系，從而利用反演的PM2.5質(zhì)量濃度來間接反映研究區(qū)域近地面的污染狀況。這些進(jìn)一步說明了衛(wèi)星遙感在空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)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(fù)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(guān)系。

這些研究表明，影響AOD與PM2.5二者之間相關(guān)關(guān)系最主要的因素是氣溶膠消光系數(shù)的相對(duì)垂直廓線，且加入環(huán)境氣候因子可以起到提高二者相關(guān)水平的作用。這些研究進(jìn)一步說明衛(wèi)星遙感在空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)上具有一定的可行性，進(jìn)行大尺度、廣區(qū)域的空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)更有一定的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

以往眾多學(xué)者多選取某個(gè)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(jiǎn)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(jìn)行濕度訂正和標(biāo)高訂正時(shí)相對(duì)濕度及垂直標(biāo)高的貢獻(xiàn)率各為多少往往很難確定。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明實(shí)施例提供一種氣溶膠光學(xué)厚度與PM2.5反演訂正方法及其系統(tǒng)，通過分析計(jì)算相對(duì)濕度、垂直標(biāo)高對(duì)AOD或PM2.5貢獻(xiàn)率，揭示了 AOD對(duì)于相對(duì)濕度、垂直標(biāo)高的敏感性論證及PM2.5對(duì)于相對(duì)濕度的敏感性論證，對(duì)于AOD與PM2.5質(zhì)量濃度反演的精準(zhǔn)度具有重要指導(dǎo)作用，為進(jìn)一步反演更精確的近地面PM2.5質(zhì)量濃度數(shù)據(jù)提供了參考依據(jù)。

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

數(shù)據(jù)分析步驟：分析預(yù)設(shè)區(qū)域在預(yù)設(shè)時(shí)間段內(nèi)的相對(duì)濕度及氣溶膠標(biāo)高隨季節(jié)大致變化趨勢(shì)；

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

計(jì)算確定步驟：利用累積量斜率變化率比較方法確定相對(duì)濕度和氣溶膠標(biāo)高分別對(duì)所述氣溶膠光學(xué)厚度與所述PM2.5的貢獻(xiàn)率。

結(jié)合第一方面，在第一方面的第一種實(shí)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(yù)設(shè)時(shí)間段內(nèi)利用CALIPSO激光雷達(dá)二級(jí)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(biāo)高訂正方法，以近地面預(yù)設(shè)高度以下氣溶膠光學(xué)厚度為自變量、近地面PM2.5質(zhì)量濃度數(shù)據(jù)為因變量，建立線性、一元二次、乘冪、對(duì)數(shù)和指數(shù)五種回歸擬合模型。

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

結(jié)合觀測(cè)站點(diǎn)的相對(duì)濕度數(shù)據(jù)，將相應(yīng)日期的近地面消光系數(shù)除以吸濕增長(zhǎng)因子，得到濕度訂正后的氣溶膠消光系數(shù)，進(jìn)而利用所述氣溶膠消光系數(shù)反演PM2.5的質(zhì)量濃度。