[发明专利]一种基于岭回归的气溶胶光学厚度反演偏差纠正方法

说明书

本发明公开一种基于岭回归的气溶胶光学厚度反演偏差纠正方法，属于计算机气象应用技术领域。先用“暗目标”算法反演气溶胶光学厚度并将其作为初始化结果；再构建反演偏差纠正框架纠正反演结果，在串联方式中，将“暗目标”算法得到的气溶胶光学厚度作为岭回归模型的一个有效特征对反演结果进行纠正，在并联方式中，用岭回归模型直接学习物理模型的反演结果与真实值间的残差对反演结果进行纠正。本发明充分融合了物理模型与机器学习模型的优点，在串联方式中利用物理模型反演的气溶胶光学厚度值作为岭回归模型的特征，在并联方式中利用岭回归模型直接学习物理模型的反演结果与真实值间的残差，更好地反演气溶胶光学厚度，提高了反演性能和反演准确率。

技术领域

本发明涉及一种基于岭回归的气溶胶光学厚度反演偏差纠正方法，属于计算机气象应用技术领域。

背景技术

大气气溶胶是指悬浮在大气中的固体以及液体微粒与气体载体共同组成的多相体系，是大气的重要组成部分。一般认为，大气气溶胶粒子的直径在几个纳米到几十微米之间。大气气溶胶的主要来源包括各种源的释放(如人为排放的烟尘,沙漠地区的沙尘等)以及气-粒转换(如大气中的二氧化氮和二氧化硫可以转换为相应的硝酸盐和硫酸盐气溶胶)，其突出的特性在于其物理化学性质的高度时空可变性。气溶胶在地球-大气辐射收支平衡和全球气候变化中扮演着重要的角色，并主要通过直接和间接效应两种机制对气候变化产生影响。直接效应是指气溶胶粒子可以散射和吸收太阳辐射,进而造成到达地面的太阳辐射能、大气顶太阳辐射能以及大气内部太阳辐射能的变化,从而影响地气系统的辐射收支；间接效应是指气溶胶粒子的存在可以改变云的物理和微物理特性,并进而改变云的辐射特性,从而间接的影响太阳辐射能在地气系统中的分配。

除此之外，气溶胶还严重影响着人们的日常生活。对我国而言，截止到目前为止，气溶胶对城市污染的衡量，通常使用与气溶胶相关的三个重要的环境污染指标：总悬浮颗粒物、PM₁₀(粒径在2.5微米和10微米之间的颗粒物)、PM_2.5(粒径小于2.5微米的颗粒物)。气溶胶微粒被人体吸入，会累积在呼吸系统中，引发多种疾病，尤其是以细颗粒物PM_2.5对人类危害更大。与较粗的大气颗粒物相比，细颗粒物PM_2.5粒径小，且富含大量的有毒物质。由于其粒径小，因此被人体吸入后，可深入到细支气管和肺泡，直接影响肺的通气功能，使机体容易处在缺氧状态，从而引发多种疾病。此外，当大气中的大气气溶胶粒子急剧增加时，就会引发雾霾天气，降低大气能见度，从而造成严重的大气环境污染。