[发明专利]一种融合多源特征地理参数的卫星AOD产品校正方法

说明书

本发明公开了一种融合多源特征地理参数的卫星AOD产品校正方法，首先，基于随机森林算法构建卫星AOD产品校正回归模型，获得AERONET AOD面状模拟空间分布结果，作为初步校正后的卫星AOD数据；然后与地面AERONET AOD真实数据进行逐站点对比，获得二者的偏差，并进行空间插值估算，基于估算获得偏差值对初步校正的卫星AOD值进行修正；最后，设定校正阈值，将修正的卫星AOD数据与地面AERONET AOD数据进行逐站点对比。这是当前卫星遥感反演的AOD数据与真实AOD值存在一定差异的情况下，发明的一种综合性高、可参考性强、有效准确的卫星AOD产品校正方法，以此为准确地利用卫星AOD研究大气PM_2.5有效浓度时空分布特征与变化规律并评估连续大范围地理区域大气污染状况提供参考。

技术领域

本发明涉及卫星遥感反演产品领域，特别涉及一种气溶胶光学厚度(AOD)校正方法。

背景技术

大气气溶胶是指大气中悬浮着的直径为0.001～100μm的各种固体和液体微粒共同组成的多相体系。大气气溶胶主要来源包括沙尘、盐粒、火山爆发的散落物以及森林燃烧的烟尘等天然源以及来自化石和非化石燃料的燃烧、交通运输以及各种工业排放的烟尘等人为源。近几十年来，全球范围的城镇化和工业化的急剧发展使得人为排放不断增加，严重的大气污染对空气质量和区域气候变化造成了严重影响，成为了一个全球性的环境问题。国内外对气溶胶光学性质研究和关注最多的是气溶胶光学厚度(Aerosol Optical Depth，AOD)。AOD是用于描述气溶胶对光的消减作用的一个重要参数，利用卫星AOD产品来构建PM_2.5-AOD关系模型进而估算地面PM_2.5浓度时空分布模拟，为解决传统地面观测手段难以准确揭示PM_2.5污染在大范围区域内的时空分布状况与演化特征提供了新的方案。

地基气溶胶遥感监测可以在点尺度上获得AOD精准信息，目前国际广泛公认和使用的地基AOD产品是美国NASA发起并支持的气溶胶自动观测网(Aerosol RoboticNetwork,AERONET)。AERONET观测网覆盖全球1497个站点，是利用地基CIMEL太阳光度计在全球范围内获取具有区域代表性的AOD。AERONET AOD的观测误差为0.01～0.02，可以将AERONET的观测值作为真实值对卫星遥感得到的AOD数据产品的精度进行验证和评估。然而，与地基监测相比，卫星遥感观测范围更广，受时空限制更小，可以获得大范围地理区域的AOD时空分布特性。但是，卫星遥感反演的气溶胶产品受地表覆盖、大气辐射、气象因素、仪器自身误差、反演算法和产品等多方面因素的影响，卫星AOD数据与真实AOD值存在一定差异，导致利用直接卫星AOD产品研究大气污染浓度时空分布特征的结果偏差，亟需发明一种针对卫星AOD数据产品进行有效时空校正的方法。

区域地理特征要素的变化对于AOD的高低具有较强影响，土地利用、交通道路、人口等与人为气溶胶排放强度密切相关，风速、降水、相对湿度等气象因素可影响大气气溶胶的扩散沉降。因此，可以通过分析多源地理特征参数的空间分布规律模拟AOD的时空分布特性；同时，区域地理要素分布的差异可以进一步解释卫星遥感反演的AOD产品与地面观测的AOD产品的差异，为校正卫星AOD数据产品提供了可行性。因此，利用卫星AOD数据和地面AERONET真实AOD数据的偏差，以机器学习算法和地统计理论为基础，融合多源特征地理参数对卫星AOD产品进行校正，可以获得最优、无偏、准确、可靠的卫星AOD校正产品。

发明内容

为了有效解决为了有效解决卫星遥感反演的AOD产品精度低、误差大的问题，本发明提供一种融合多源特征地理参数的卫星AOD产品校正的方法。

为了实现上述技术目的，本发明的技术方案是，

一种融合多源特征地理参数的卫星AOD产品校正方法，包括以下步骤：