[發明專利]一種基于衛星遙感的臭氧污染源識別方法和系統

有效

• 申請號: 201911303438.6
• 申請日: 2019-12-17
• 公開（公告）號: CN110942049B
• 公開（公告）日: 2020-10-16
• 發明（設計）人: 馬鵬飛;陳輝;陳翠紅;胡奎偉;張連華;張麗娟;張玉環;翁國慶;王中挺;厲青;周春艷;毛慧琴
• 申請（專利權）人: 生態環境部衛星環境應用中心
• 主分類號: G06K9/00
• 分類號: G06K9/00;G06K9/62;G16C20/70;G06F17/16;G06F17/18;G01N21/17
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司 11002
• 代理人: 馬瑞

1.一種基于衛星遙感的臭氧污染源識別方法，其特征在于，包括以下四個步驟：

步驟一、利用最優估計法，反演對流層臭氧廓線；

步驟二、綜合衛星反演產品和大氣化學模式模擬結果，獲取近地面NO₂和HCHO濃度，進一步計算近地面臭氧污染源指示值；

步驟三、通過多元回歸模型，獲取近地面臭氧濃度；

步驟四、臭氧污染源識別；

所述步驟三具體包括：

從歐洲中期天氣預報中心模擬的再分析資料中，按照3.5km×7km的格網單元，插值提取每一個格網單元的氣溫、地表溫度，同時獲取地面1463個國控站點的臭氧濃度小時監測值；

利用地面站點測量的O₃數據與臭氧前體物近地面NO₂和HCHO濃度、TropOMI近地面臭氧濃度、氣溫和地表溫度進行時間和空間上的匹配，獲取訓練樣本數據；根據訓練樣本數據構建臭氧多元回歸估算模型，具體為：

O₃＝β₁T_surf+β₂T_air+β₃NO₂+β₄HCHO+β₅O₃，簡化為Y＝F(X)，

其中，Y為近地面臭氧濃度，X為近地面NO₂和HCHO濃度、TropOMI近地面臭氧濃度、氣溫T_air和地表溫度T_surf參數，采用加權最小二乘法計算回歸系數，即X＝βY，進一步，β＝XY^T(YY^T)^-1，利用TropOMI衛星數據，結合已經計算好的回歸系數反演得到最終的近地面臭氧濃度。

2.根據權利要求1所述基于衛星遙感的臭氧污染源識別方法，其特征在于，所述步驟一具體包括：

選取300nm-330nm波段，考慮臭氧雅克比垂直分布以及干擾氣體影響，選取在不同高度層雅克比峰值最大，且SO₂氣體干擾信息最小的波段作為反演波段；

獲取Geos-ChemSO₂廓線，氣候模式臭氧先驗廓線和ECMWF大氣溫度廓線，并插值到3.5km×7km格網單元；

利用最優估計法反演對流層臭氧廓線，迭代形式如下：

X_i+1＝X_a+(K_i^TS_e^-1K_i+S_a^-1)^-1K_i^TS_e^-1·[(Y-F(X_i))-K_i(X_a-X_i)]，

其中，X_i+1為當前迭代時的臭氧廓線，X_i為上一次迭代時的臭氧廓線，X_a為臭氧先驗廓線，S_a為先驗誤差協方差矩陣，S_e為觀測誤差協方差矩陣，這里用對角矩陣，為權重函數或雅克比，Y為TropOMI衛星觀測值，F(X)為模擬觀測值，選用Vlidort輻射傳輸模型進行模擬；

對于先驗誤差協方差矩陣，其計算公式為：

其中，|Z_i-Z_j|為第i層和第j層的高度差，l為相關長度。