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原文传递一种基于卫星偏振技术的PM2.5浓度遥感估算方法

专利名称：	一种基于卫星偏振技术的PM2.5浓度遥感估算方法
摘要：	一种基于卫星偏振技术的PM2.5浓度遥感估算方法，首先基于卫星偏振遥感数据反演得到单个像元的大气细粒子气溶胶光学厚度，再对大气细粒子气溶胶光学厚度进行垂直校正和湿度校正，获取近地面大气细粒子气溶胶的干消光系数，进而基于近地面大气细粒子气溶胶的干消光系数和地面观测的PM2.5浓度，构建卫星偏振遥感估算PM2.5浓度模型，并选取相应时间、地点的地面PM2.5浓度数据，验证上述卫星偏振遥感估算PM2.5浓度模型的精度。本发明可以有效地用于精确估算某一区域PM2.5浓度，其空间分辨率、覆盖率和精度更高，有效弥补了地面PM2.5监测站点的不足，为多角度偏振载荷在大气环境监测方面的成功应用提供技术关键支撑。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	北京;11
申请人：	中国科学院遥感与数字地球研究所
发明人：	郭红;顾行发;程天海;余涛;王宛楠;罗琪;赵亚萌
专利状态：	有效
申请日期：	2019-08-02T00:00:00+0800
发布日期：	2019-11-05T00:00:00+0800
申请号：	CN201910710825.5
公开号：	CN110411918A
代理机构：	北京中知法苑知识产权代理事务所(普通合伙)
代理人：	李明
分类号：	G01N15/02(2006.01);G;G01;G01N;G01N15
申请人地址：	100101 北京市朝阳区大屯路甲20号北
主权项：	1.一种基于卫星偏振遥感技术的PM2.5浓度估算方法，其特征在于，包括如下步骤：基于卫星偏振遥感数据反演得到单个像元的大气细粒子气溶胶光学厚度；对大气细粒子气溶胶光学厚度进行垂直校正和湿度校正，获取近地面大气细粒子气溶胶的干消光系数；基于近地面大气细粒子气溶胶的干消光系数和地面观测的PM2.5浓度，构建卫星偏振遥感估算PM2.5浓度模型，得到估算的PM2.5浓度；选取相应时间、地点的地面PM2.5浓度数据，验证上述卫星偏振遥感估算PM2.5浓度模型估算的PM2.5浓度的精度。 2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于卫星偏振遥感数据反演得到单个像元的大气细粒子气溶胶光学厚度的步骤包括：基于大气细粒子气溶胶类型和矢量辐射传输模型建立大气细粒子气溶胶参数查找表；基于卫星偏振遥感数据、地表偏振模型和大气细粒子气溶胶参数查找表反演得到单个像元的大气细粒子气溶胶光学厚度。 3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述地表偏振模型表达式为： γ＝αcos(-cosθs×cosθv-sinθs×sinθv×cosΔφ) 其中，为地表偏振反射率，θs为太阳天顶角，θv为卫星观测天顶角，Δφ为相对方位角，Fp(m,γ)为偏振光的菲涅尔系数，m为折射率，γ为散射角，us为太阳天顶角的余弦值，uv为卫星观测天顶角的余弦值，α和β经验系数。 4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述基于卫星偏振遥感数据、地表偏振模型和大气细粒子气溶胶参数查找表反演得到单个像元的大气细粒子气溶胶光学厚度的步骤包括：将卫星载荷同一个像元多个角度真实观测的表观偏振反射率值减去所述由地表偏振模型计算得到的地表偏振反射率值，得到卫星观测的大气细粒子气溶胶偏振反射率值；将所述卫星观测的大气细粒子气溶胶偏振反射率值与通过大气细粒子气溶胶参数查找表模拟的大气细粒子气溶胶偏振反射率进行比较，得到总体误差ε，所述总体误差ε最小所对应的大气细粒子气溶胶光学厚度值即为所述反演得到的单个像元的大气细粒子气溶胶光学厚度。 5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述ε的表达式为：其中，ε为总体误差，λi代表波长，i代表第i个偏振波段，一共有两个，分别是670nm和865nm的偏振波段，j代表第j个观测角度，N代表观测角度总数，为卫星观测的表观偏振反射率值，为通过大气细粒子气溶胶参数查找表模拟的大气细粒子气溶胶偏振反射率值，Ttotal为总的大气透过率，为地表偏振反射率，θs为太阳天顶角，θv为卫星观测天顶角，Δφ为相对方位角，S为大气后向散射系数。 6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述对大气细粒子气溶胶光学厚度进行垂直校正和湿度校正，获取近地面大气细粒子气溶胶干的消光系数的步骤具体为：所述垂直校正、湿度校正和干消光系数的计算公式分别如下： β0＝AOD/H f(RH)＝1/(1-RH) β1＝β0/f(RH) 其中,AOD为大气细粒子气溶胶光学厚度，H为大气边界层高度，f(RH)为吸湿增长因子，RH为大气相对湿度，β1为大气细粒子气溶胶的干消光系数。 7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述卫星偏振遥感估算PM2.5浓度模型的表达式为：其中，(μi,vi)为第i个样本点的经纬度坐标，a0(μi,vi)是第i个样本点上的初始回归参数，回归参数是观测点地理位置的函数，ak(μi,vi)是第i个样本点上的第k个回归参数，p是样本点的回归参数总数，εi为第i个样本点上的误差项，PM2.5i为第i个样本点上的PM2.5浓度，βik为第i个样本点上的近地面大气细粒子气溶胶的干消光系数。 8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述选取相应时间、地点的地面PM2.5浓度数据，验证上述卫星偏振遥感估算PM2.5浓度模型估算的PM2.5浓度精度的步骤包括：选取卫星偏振遥感估算PM2.5浓度模型估算的PM2.5浓度；根据经纬度最邻近的原则，选取当天卫星过境前后1小时内的地面PM2.5浓度数据，并对所述地面PM2.5浓度数据进行平均；验证所述卫星偏振遥感估算PM2.5浓度模型估算的PM2.5浓度精度。
所属类别：	发明专利