[發(fā)明專利]一種基于衛(wèi)星遙感的區(qū)域大氣環(huán)境質(zhì)量評估方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011592924.7
• 申請日: 2020-12-29
• 公開（公告）號: CN113269382B
• 公開（公告）日: 2022-09-20
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 厲青;王中挺;陳輝;馬鵬飛;趙愛梅;周春艷;張麗娟;張玉環(huán);毛慧琴;陳翠紅;張連華;胡奎偉;翁國慶;王延龍;趙少華;王玉
• 申請（專利權(quán)）人: 生態(tài)環(huán)境部衛(wèi)星環(huán)境應(yīng)用中心
• 主分類號: G06Q10/06
• 分類號: G06Q10/06;G06Q50/26
• 代理公司: 北京和信華成知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11390
• 代理人: 申龍華

1.一種基于衛(wèi)星遙感的區(qū)域大氣環(huán)境質(zhì)量評估方法，其特征在于，該方法包括步驟：

S1.選取衛(wèi)星遙感的顆粒物、氣態(tài)污染物評估指標(biāo)，獲取評估指標(biāo)每個像元的日遙感監(jiān)測濃度數(shù)據(jù)，計算參考年度評估時段的每個像元平均濃度、變異系數(shù)，用于區(qū)域大氣環(huán)境質(zhì)量評估模型的構(gòu)建及模型系數(shù)的獲取；

S2.構(gòu)建大氣環(huán)境質(zhì)量評估濃度指數(shù)模型，根據(jù)衛(wèi)星監(jiān)測到的參考年度評估時段內(nèi)的像元平均濃度統(tǒng)計結(jié)果，獲取大氣環(huán)境質(zhì)量評估指數(shù)模型參數(shù)；

S3.結(jié)合統(tǒng)計學(xué)的變異系數(shù)計算結(jié)果，構(gòu)建大氣環(huán)境質(zhì)量評估濃度離散度模型，根據(jù)衛(wèi)星監(jiān)測的參考年度評估時段的平均濃度統(tǒng)計結(jié)果，獲取大氣環(huán)境質(zhì)量評估濃度離散度模型參數(shù)；

S4.結(jié)合污染物濃度指數(shù)模型和離散度模型，構(gòu)建大氣環(huán)境質(zhì)量綜合評估模型；

S5.分析大氣環(huán)境質(zhì)量綜合評估模型計算結(jié)果，開展區(qū)域大氣環(huán)境質(zhì)量評估等級劃分；

所述步驟S1進(jìn)一步包括：

S1.1利用衛(wèi)星遙感在紫外可見波段的多光譜及高光譜監(jiān)測數(shù)據(jù)，獲取評估區(qū)域參考年度的顆粒物及二氧化氮、二氧化硫氣態(tài)污染物濃度的每日像元濃度信息；

S1.2統(tǒng)計評估區(qū)域內(nèi)各項污染物指標(biāo)在參考年度不同評估時段的平均濃度數(shù)據(jù)；平均濃度計算時，去除有云像元，按有效天數(shù)計算，產(chǎn)品精度要求70％以上；當(dāng)涉及到多指標(biāo)評估時，把多指標(biāo)監(jiān)測數(shù)據(jù)統(tǒng)一到同一空間分辨率水平；

步驟S1的衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)的獲取途徑包括：對于顆粒物評估指標(biāo)PM2.5和PM10，采用暗目標(biāo)和深藍(lán)算法，基于MODIS或類似數(shù)據(jù)源反演的公里級氣溶膠產(chǎn)品滿足區(qū)域評估要求；相對濕度、邊界層高度氣象條件參數(shù)的獲取通過地面觀測、模式模擬或國際上通用的FNL資料獲??；相關(guān)地面觀測數(shù)據(jù)達(dá)到國預(yù)設(shè)規(guī)范獲取的數(shù)據(jù)即可作為輸入?yún)?shù)；顆粒物反演采用地理加權(quán)回歸模型進(jìn)行反演；對于NO2和SO2，基于AURA/OMI或Sentinel-5P/TROPOMI衛(wèi)星數(shù)據(jù)，采用DOAS反演方法進(jìn)行反演；對于O3和HCHO，利用紫外傳感器OMI、TROPOMI，采用光譜差分吸收反演方法反演獲取，或通過官方網(wǎng)站獲取相應(yīng)的產(chǎn)品，只要相應(yīng)監(jiān)測指標(biāo)的產(chǎn)品滿足相對精度在70％以上，空間分辨率達(dá)到1-10公里之間，時間分辨達(dá)到天即可；

所述步驟S2進(jìn)一步包括：

S2.1根據(jù)選取的監(jiān)測指標(biāo)，構(gòu)建如下衛(wèi)星遙感多項污染物濃度指數(shù)評估模型：

C_i代表任一項遙感污染物在評估時段內(nèi)的平均濃度，S_i代表該污染物的參考標(biāo)準(zhǔn)值，a、b為常系數(shù)；

S2.2模型系數(shù)的確定及參考標(biāo)準(zhǔn)值的選取：

RAEI_c模型的a、b系數(shù)的獲取在確定區(qū)域濃度背景值和參考標(biāo)準(zhǔn)值后，可通過下面方程組求解得到；具體確定方法為：當(dāng)各種污染物濃度于區(qū)域背景濃度B'_i時，RAEI_c＝10；當(dāng)各種污染物濃度均達(dá)到相應(yīng)的參考標(biāo)準(zhǔn)B″_i時，RAEI_c＝100；因此，a、b由以下方程組確定：

S2.3背景濃度及參考標(biāo)準(zhǔn)濃度值的選取：

對于某一評價區(qū)域，把區(qū)域內(nèi)所有像元的在參考年度評估時段內(nèi)的濃度平均值從小到大排列，描繪出其累計直方圖，由其百分位數(shù)來確定背景值和參考標(biāo)準(zhǔn)值，具體確定方法為：背景濃度的確定，取累計直方圖百分位數(shù)10％時的濃度值；參考標(biāo)準(zhǔn)值取累計直方圖百分位數(shù)為50％時的濃度值；

所述步驟S3進(jìn)一步包括：

S3.1結(jié)合統(tǒng)計學(xué)的變異系數(shù)計算結(jié)果，基于衛(wèi)星監(jiān)測的像元平均濃度數(shù)據(jù)，構(gòu)建如下大氣環(huán)境質(zhì)量評估濃度離散度指數(shù)模型：

上面公式中，RAEI_cv為濃度離散度指數(shù)，S_iv為濃度離散度參考標(biāo)準(zhǔn)值，C_iv為每個像元的離散度，σ_i為第i個評估指標(biāo)的濃度方差，μ_i為第i個評估指標(biāo)的濃度均值，n為區(qū)域內(nèi)像元的個數(shù)，x_ij為第i個評估指標(biāo)的第j個像元在評估統(tǒng)計時段內(nèi)的每日濃度值，a、b為常系數(shù)；

S3.2模型系數(shù)的確定及參考標(biāo)準(zhǔn)值的選取：

與上述S2.2的方法相同；

S3.3背景濃度及參考標(biāo)準(zhǔn)濃度值的選?。?/p>

與上述S2.3的方法相同；

所述步驟S4進(jìn)一步包括：

S4.1構(gòu)建區(qū)域大氣環(huán)境質(zhì)量綜合評估模型，如下：

2.如權(quán)利要求1所述的基于衛(wèi)星遙感的區(qū)域大氣環(huán)境質(zhì)量評估方法，其特征在于，所述步驟S5進(jìn)一步包括：

根據(jù)以上方法建立的濃度、離散度指數(shù)模型及綜合評估模型，計算區(qū)域內(nèi)每個像元的空氣質(zhì)量評估值，根據(jù)評估結(jié)果，可以開展單個指數(shù)及綜合評估結(jié)果的等級劃分，等級劃分的原則如下：

RAEI_c定量地描述了每個污染物濃度指標(biāo)的相對重要性；實際評價中，根據(jù)RAEI_c計算結(jié)果，將區(qū)域大氣環(huán)境級劃分為5個等級：優(yōu)(80)、良(80-100)、中(100-120)、差(120-140)、極差140，RAEI_c越大，大氣環(huán)境質(zhì)量越差。