基于氧a通道氣溶膠散射效應(yīng)的參數(shù)化遙感方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種基于氧A通道氣溶膠散射效應(yīng)的參數(shù)化遙感方法，包括：將氧A通道氣溶膠的散射效應(yīng)參數(shù)化，用4個(gè)參數(shù)因子來(lái)等效統(tǒng)計(jì)散射效應(yīng)；選擇4個(gè)參數(shù)因子的初始先驗(yàn)值，然后利用4個(gè)參數(shù)因子修正大氣整層透過(guò)率計(jì)算方程，得到整層大氣有效透過(guò)率模型；基于加入?yún)?shù)化因子的整層大氣有效透過(guò)率模型，利用氧A通道觀測(cè)數(shù)據(jù)，采用最優(yōu)化估計(jì)方法，反演實(shí)際氣溶膠觀測(cè)條件下，氣溶膠散射效應(yīng)的4個(gè)參數(shù)因子的值；利用反演得到的4個(gè)參數(shù)因子值，得到最終修正后的整層大氣透過(guò)率模型，準(zhǔn)確估算氣溶膠散射效應(yīng)。本發(fā)明為在氣溶膠高值區(qū)開(kāi)展可見(jiàn)光-短波近紅外衛(wèi)星遙感過(guò)程中面臨的氣溶膠散射校正問(wèn)題，提供了精確有效的解決技術(shù)手段。
【專利說(shuō)明】基于氧A通道氣溶膠散射效應(yīng)的參數(shù)化遙感方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及衛(wèi)星大氣遙感【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及基于氧A通道氣溶膠散射效應(yīng)的參數(shù)化遙感方法。
【背景技術(shù)】
[0002]美國(guó)于20世紀(jì)七十年代最先設(shè)計(jì)了用于大氣遙感探測(cè)的衛(wèi)星傳感器HIRS，早期主要用于探測(cè)大氣中二氧化碳和水汽，反演大氣的溫度廓線。早期的傳感器主要利用大氣的熱輻射信息，由于熱紅外波段輻射波長(zhǎng)較長(zhǎng)，在大氣傳輸過(guò)程中不受顆粒物的散射作用影響。
[0003]受大氣熱輻射傳輸自身特點(diǎn)的限制，衛(wèi)星傳感器的熱輻射觀測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)近地層大氣狀態(tài)參數(shù)不敏感，包含的近地層大氣狀態(tài)信息量很少。紫外-可見(jiàn)光-短波近紅外遙感方式則可以彌補(bǔ)熱紅外遙感的這一缺陷，該波段范圍內(nèi)衛(wèi)星傳感器接收的是經(jīng)過(guò)地表反射的太陽(yáng)輻射，包含了近地層大氣狀態(tài)參數(shù)信息。
[0004]對(duì)于痕量氣體遙感來(lái)說(shuō)，由于該波段范圍內(nèi)波長(zhǎng)短，易受到底層大氣中懸浮的氣溶膠顆粒影響，散射效應(yīng)能明顯改變太陽(yáng)輻射的傳輸路徑，從而給這一段范圍內(nèi)痕量氣體的衛(wèi)星遙感精度帶來(lái)很大的誤差，例如開(kāi)展溫室氣體衛(wèi)星遙感中，ENVISAT上搭載的SCIAMACHY傳感器，日本的GOSAT搭載的TANS0-FTS傳感器等，其觀測(cè)數(shù)據(jù)非常容易受到氣溶膠散射的影響。
[0005]針對(duì)氣溶膠的散射效應(yīng)如何校正的問(wèn)題，產(chǎn)生了相應(yīng)的一些解決方案。基于多項(xiàng)式擬合方式消除氣溶膠散射效應(yīng)的方法，其主要依據(jù)在特定的觀測(cè)通道內(nèi)，氣體的吸收屬于高頻信號(hào)，而散射是一種慢變的低頻信號(hào)，因此通過(guò)多項(xiàng)式擬合可以去除散射的慢變信號(hào)，但此種方法不能有效校正散射對(duì)光子路徑的改變，因此散射校正的精度有限。另外，基于物理散射模型(DISORT)的校正方法，可以很好地估算氣溶膠散射效應(yīng)，但需要掌握觀測(cè)視場(chǎng)內(nèi)氣溶膠分布及相應(yīng)的物理光學(xué)參數(shù)，如單次散射反照率、相函數(shù)、不對(duì)稱因子等，這些參數(shù)在實(shí)際觀測(cè)中難以實(shí)時(shí)獲取，這就使得難以基于物理模型的散射校正的應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提供一種基于氧A通道氣溶膠散射效應(yīng)的參數(shù)化遙感方法，該方法為在氣溶膠高值區(qū)開(kāi)展可見(jiàn)光-短波近紅外衛(wèi)星遙感過(guò)程中面臨的氣溶膠散射校正問(wèn)題，提供了精確有效的解決技術(shù)手段。
[0007]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明基于氧A通道氣溶膠散射效應(yīng)的參數(shù)化遙感方法，具體為:
[0008]I)利用氧A通道衛(wèi)星觀測(cè)大氣，得到可見(jiàn)光-短波紅外波段衛(wèi)星痕量氣體遙感數(shù)據(jù)；
[0009]2)根據(jù)氣溶膠粒子對(duì)光子路徑物理散射過(guò)程，將氣太陽(yáng)光子路徑因散射作用而產(chǎn)生的改變量，用4個(gè)參數(shù)因子來(lái)等效表示，該4個(gè)參數(shù)因子為:含有氣溶膠粒子的低層大氣厚度ha，反射率因子α，光子路徑修正因子P，光子散射后路徑長(zhǎng)度分布形狀的調(diào)整因子
Y;
[0010]3)依據(jù)氣溶膠粒子垂直分布特征，選定4個(gè)參數(shù)因子的初始值，并將此初始值加入到大氣透過(guò)率模型中，得到初始的整層大氣有效透過(guò)率模型；
[0011]4)利用含氣溶膠散射效應(yīng)的氧A通道衛(wèi)星的觀測(cè)數(shù)據(jù)，采用最優(yōu)化估計(jì)方法，反演對(duì)應(yīng)的氣溶膠觀測(cè)條件下4個(gè)參數(shù)化因子的準(zhǔn)確值；
[0012]5)利用步驟4)中反演得到的4個(gè)參數(shù)因子值，構(gòu)建最終的整層大氣有效透過(guò)率模型，此最終模型計(jì)入了氣溶膠的散射過(guò)程，利用此模型估算校正氣溶膠散射效應(yīng)。
[0013]進(jìn)一步，所述步驟2)中利用以下定義的4個(gè)參數(shù)因子來(lái)等效表征氣溶膠的散射效應(yīng)，4個(gè)參數(shù)因子具體為: [0014]Α)大氣中氣溶膠通常分布于邊界層中，定義含有氣溶膠粒子的低層大氣厚度ha，在ha高度以上，太陽(yáng)光子傳輸過(guò)程不受散射影響；進(jìn)入如ha高度下的光子，將受氣溶膠散射影響而導(dǎo)致傳輸路徑發(fā)生變化；
[0015]B)太陽(yáng)光子在到達(dá)含有氣溶膠的低層大氣頂時(shí)，部分光子將被反射向上傳輸，據(jù)此定義反射率因子α，表征被反射的光子比例；
[0016]C)未被反射的光子進(jìn)入低層大氣，受氣溶膠散射影響其傳輸路徑發(fā)生改變，據(jù)此定義光子路徑修正因子P，表征散射對(duì)光子傳輸路徑的該變量；
[0017]D)考慮到不同氣溶膠類型對(duì)光子散射過(guò)程的差異，在增加路徑修正因子P的基礎(chǔ)上，再定義光子散射后路徑長(zhǎng)度分布形狀的調(diào)整因子Y。
[0018]進(jìn)一步，所述步驟3)具體為:
[0019]Α)利用SI中定義的4個(gè)參數(shù)因子，修正整層大氣透過(guò)率方程，給出新的有效透過(guò)率模型:
[0020]
【權(quán)利要求】
1.基于氧A通道氣溶膠散射效應(yīng)的參數(shù)化遙感方法，其特征在于，該方法具體為: 1)利用氧A通道衛(wèi)星觀測(cè)大氣，得到可見(jiàn)光-短波紅外波段衛(wèi)星痕量氣體遙感數(shù)據(jù)； 2)根據(jù)氣溶膠粒子對(duì)光子路徑物理散射過(guò)程，將氣太陽(yáng)光子路徑因散射作用而產(chǎn)生的改變量，用4個(gè)參數(shù)因子來(lái)等效表示，該4個(gè)參數(shù)因子為:含有氣溶膠粒子的低層大氣厚度ha，反射率因子α，光子路徑修正因子P，光子散射后路徑長(zhǎng)度分布形狀的調(diào)整因子Y ； 3)依據(jù)氣溶膠粒子垂直分布特征，選定4個(gè)參數(shù)因子的初始值，并將此初始值加入到大氣透過(guò)率模型中，得到初始的整層大氣有效透過(guò)率模型； 4)利用含氣溶膠散射效應(yīng)的氧A通道衛(wèi)星的觀測(cè)數(shù)據(jù)，采用最優(yōu)化估計(jì)方法，反演對(duì)應(yīng)的氣溶膠觀測(cè)條件下4個(gè)參數(shù)化因子的準(zhǔn)確值； 5)利用步驟4)中反演得到的4個(gè)參數(shù)因子值，構(gòu)建最終的整層大氣有效透過(guò)率模型，此最終模型計(jì)入了氣溶膠的散射過(guò)程，利用此模型估算校正氣溶膠散射效應(yīng)。
2.如權(quán)利要求1所述的基于氧A通道氣溶膠散射效應(yīng)的參數(shù)化遙感方法，其特征在于，所述步驟2)中利用以下定義的4個(gè)參數(shù)因子來(lái)等效表征氣溶膠的散射效應(yīng)，4個(gè)參數(shù)因子具體為: Α)大氣中氣溶膠通常分布于邊界層中，定義含有氣溶膠粒子的低層大氣厚度ha，在ha高度以上，太陽(yáng)光子傳輸過(guò)程不受散射影響；進(jìn)入如ha高度下的光子，將受氣溶膠散射影響而導(dǎo)致傳輸路徑發(fā)生變化； B)太陽(yáng)光子在到達(dá)含有氣溶膠的低層大氣頂時(shí)，部分光子將被反射向上傳輸，據(jù)此定義反射率因子α，表征被反射的光子比例； C)未被反射的光子進(jìn)入低層大氣，受氣溶膠散射影響其傳輸路徑發(fā)生改變，據(jù)此定義光子路徑修正因子P，表征散射對(duì)光子傳輸路徑的該變量； D)考慮到不同氣溶膠類型對(duì)光子散射過(guò)程的差異，在增加路徑修正因子P的基礎(chǔ)上，再定義光子散射后路徑長(zhǎng)度分布形狀的調(diào)整因子Y。
3.如權(quán)利要求1所述的基于氧A通道氣溶膠散射效應(yīng)的參數(shù)化遙感方法，其特征在于，所述步驟3)具體為: Α)利用SI中定義的4個(gè)參數(shù)因子，修正整層大氣透過(guò)率方程，給出新的有效透過(guò)率模型:
4.如權(quán)利要求1所述的基于氧A通道氣溶膠散射效應(yīng)的參數(shù)化遙感方法，其特征在于，所述步驟4)具體為: A)基于最優(yōu)化估計(jì)方法反演原理，反演4個(gè)參數(shù)因子，需要計(jì)算4個(gè)參數(shù)因子的權(quán)重函數(shù)Jacobian，依據(jù)修正的整層大氣有效透過(guò)率模型，各參數(shù)因子的權(quán)重計(jì)算形式如下:
【文檔編號(hào)】G01S17/95GK103605123SQ201310646718
【公開(kāi)日】2014年2月26日 申請(qǐng)日期:2013年12月4日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月4日
【發(fā)明者】鄒銘敏, 陳良富, 陶金花, 張瑩, 范萌, 蘇林 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院遙感與數(shù)字地球研究所