[发明专利]基于遥感数据的气溶胶光学厚度反演方法

说明书

本发明涉及一种基于遥感数据的气溶胶光学厚度反演方法，采用暗像元法和6S辐射传输模型反演气溶胶光学厚度，包括：数据获取、数据合成、角度数据合成、云检测、气溶胶反演、气溶胶类型确定、地表反射率的确定、根据反演的AOD制作分布图，以及建立AOD与PM2.5的相关关系。根据本发明得到的MODIS AOD数据可以作为PM2.5浓度地面监测的有效补充手段。

技术领域

本发明涉及一种基于遥感数据的气溶胶光学厚度反演方法。

背景技术

随着社会的发展，灰霾对环境和人类健康的危害，引起越来越广泛的关注，对灰霾的防治及相关研究越来越迫切。森林在大气良性循环中扮演着至关重要的角色。森林中的树木的枝叶能够降低风速，有助于空气中尘埃的沉降，并且能够吸附空气的微小浮尘物质。此外，森林植被对PM2.5有拦截、吸附、滞留作用，森林能够一定程度上减轻灰霾的对人类危害。遥感技术能够大范围监测森林植被与灰霾，因此，利用遥感数据来探究森林植被对灰霾的响应，明确森林植被与灰霾的定量定性关系，对于灰霾的防治以及制定相应的治理措施有着非常重大的意义。

美国NASA和我国国家气象卫星中心都发布了气溶胶光学厚度的产品数据。美国NASA依据MODIS数据使用暗像元法，反演了全球的气溶胶光学厚度，并向全世界免费发放。其产品名为MOD04、MOD08，MOD04为日产品， MOD08为月产品。我国国家气象卫星中心依据风云3号气象卫星数据使用暗像元法也反演了全球气溶胶光学厚度的分布，但其数据分发主要面向注册的会员用户。目前这两类产品都有各种不足，如NASA的产品分空间分辨率低、数据缺失；我国国家气象卫星中心发布的数据较难获取，且由于数据格式问题，也难以利用。针对这种现状，需要一种反演气溶胶光学厚度的方法，可以获取更高分辨率，为相关研究服务。

发明内容

根据本发明的目的，提供一种基于遥感数据的气溶胶光学厚度反演方法，其特征在于，该方法采用暗像元法和6S辐射传输模型反演气溶胶光学厚度，包括：

(1)数据获取：获取所需日期的MODIS L1B数据，确保覆盖所要研究区域范围内无云。然后分别对MODIS L1B数据进行辐射校正和几何校正；

(2)数据合成：对满足气溶胶反演的MODIS数据中第1、3、7波段的数据进行预处理，将已辐射校正和几何校正的发射率及反射率文件合成为一个文件；

(3)角度数据合成

打开MODIS数据的卫星天顶角、卫星方位角、太阳天顶角和太阳方位角文件，合成为一个文件后再重采样成角度文件，最后利用几何校正的GCP文件校正角度数据文件，并且将已合成的发射率、反射率数据和角度数据按区域矢量边界裁剪出地区数据；

(4)云检测

对裁剪好的发射率与反射率合成文件进行云量检测并保存检测结果文件；

(5)气溶胶反演，选用MODIS数据的蓝色波段、红色波段和短波红外波段作为反演模型波段；

(6)气溶胶类型确定

确定所要反演地区的气溶胶类型；

(7)地表反射率的确定

在纯净大气条件下，气溶胶对应的植被覆盖区在红色与蓝色波段下，其地表反射率可由2.1μm通道反射率计算得到；

(8)根据反演的AOD制作分布图。

进一步地，本发明还包括根据反演的AOD数据，建立AOD与PM2.5的关系。

优选地，要将AOD转化为颗粒物质量浓度，还需要进行湿度订正，将湿粒子的消光系数转化为干粒子消光系数，以减少粒子吸湿特性造成的不确定性；

所述湿度订正采用相对湿度订正因子经验模型，具体为：