[发明专利]大尺度动态演化沙尘型气溶胶反演方法

说明书

技术领域

本发明属于卫星遥感数据处理技术领域，特别涉及一种大尺度动态演化沙尘型气溶胶反演方法。

背景技术

我国每年遭受多起沙尘暴侵袭，在这一极端天气影响下，我国工农业生产、交通运输和人类生命安全遭受到严重的损失和危害。近年来，沙尘影响范围逐渐扩大，甚至已扩散至福州和台湾等东南部地区。因此，开展大范围沙尘观测和反演方法的基础研究具有重要的科学意义，将在沙尘预警、减灾等国计民生的重大事件中发挥积极作用。

激光雷达是获取气溶胶垂直分布廓线的最佳手段，目前唯一在轨星载大气激光雷达是美国航空航天局NASA于2006年发射的CALIPSO。但由于CALIPSO是为云和气溶胶检测而研制的，其国际通用数据处理方法没有针对沙尘检测进行优化，易导致错误的沙尘-云分类结果。在我国，常年存在云-沙共存的现象，且沙尘型气溶胶在传输过程中物理特性的变化也较少研究。前期利用CALIPSO探测沙尘的研究主要集中在常年云量较少、云-沙的混合程度较轻的非洲西北部沙尘源区(撒哈拉地区)。CALIPSO是获取我国大面积沙尘的垂直分布廓线信息的最佳手段，其硬件上能探测沙尘信息，但其数据处理算法的缺陷使其不能应用于我国沙尘研究与预报。如NASA的Version2算法沙尘分类错误率较高，Version3算法复杂、参数多、气溶胶模式区域适应性差等。

发明内容

本发明的目的是提供一种结合了支持向量机和迁移学习理论的大尺度动态演化沙尘型气溶胶反演方法，采用该方法可得到经远距离传输后沙尘型气溶胶层的悬浮高度，最终反演获得沙尘型气溶胶在传输过程中高度、厚度和消光作用的变化特征。

为达到上述目的，本发明采用如下的技术方案：

S1训练分类器，本步骤进一步包括子步骤：

S1.1根据被动式卫星传感器遥感数据确定沙尘暴的发生时间、发生区域和经过区域，从发生区域获得沙尘型气溶胶层的源域样本和云层样本，从经过区域获得沙尘型气溶胶层的目标域样本，云层样本利用云雷达获得；

S1.2根据被动式卫星传感器遥感数据相对应的主动式卫星传感器激光雷达廓线数据，获得源域样本、云层样本和目标域样本的悬浮高度信息和回波信号值，从而获得各类样本的特征向量；

S1.3以源域样本和云层样本的特征向量作为训练样本训练支持向量机分类器；

S1.4结合目标域样本的特征向量和迁移学习理论优化分类器，具体为：

(1)采用当前分类器对目标域样本和源域样本进行分类，初始当前分类器为步骤S1.3获得的分类器；验证分类结果，若存在分类错误的样本，则调整各样本的当前权重，然后执行步骤(2)；若不存在分类错误的样本，则结束；

所述的调整各样本的当前权重具体为：根据预设规定增加分类错误的目标域样本的当前权重，保持分类正确的目标域样本的当前权重；根据预设规定减少分类错误的源域样本的当前权重，同时根据预设规定增加分类正确的源域样本的当前权重；目标域样本和源域样本的当前权重初始值人为设定，权重调整前后均保持所有样本的当前权重之和为1；

(2)基于调整后的当前权重对目标域样本和源域样本的特征向量加权求和，以加权求和结果为训练样本重新训练当前分类器，以调整后的当前权重为下次循环中的当前权重，以重新训练后的当前分类器为下次循环中的当前分类器，然后执行步骤(1)，直至循环次数达到预设的最大循环次数；

S2采用优化的分类器反演沙尘型气溶胶。

而且，所述的主动式卫星传感器采用CALIPSO卫星上搭载的CALIOP传感器；所述的被动式卫星传感器采用Aqua卫星搭载的MODIS传感器；所述的云雷达是卫星CloudSat上载有的CPR传感器。

MODIS、CloudSat与CALIOP具有协同观测效果，MODIS得到的是二维平面的卫星遥感影像，覆盖面广；CALIOP即星载激光雷达，到达地表的二维覆盖面积小，但能得到三维大气层的描述信息，如：云和气溶胶的空间分布情况，该星载激光器分两个波段532nm和1064nm，其中532nm波段具有垂直和水平的两个偏振通道；CloudSat与CALIPSO相似，但是其波长更长能够穿透较厚的云层。

而且，所述的沙尘型气溶胶层源域样本和云层样本的特征向量包括层次的悬浮高度信息、衰减后向散射系数、双波长信号比和退偏振比中的一种或多种。

而且步骤S2进一步包括子步骤：