[发明专利]一种基于卫星遥感的臭氧污染源识别方法和系统

权利要求书

1.一种基于卫星遥感的臭氧污染源识别方法，其特征在于，包括以下四个步骤：

步骤一、利用最优估计法，反演对流层臭氧廓线；

步骤二、综合卫星反演产品和大气化学模式模拟结果，获取近地面NO₂和HCHO浓度，进一步计算近地面臭氧污染源指示值；

步骤三、通过多元回归模型，获取近地面臭氧浓度；

步骤四、臭氧污染源识别；

所述步骤三具体包括：

从欧洲中期天气预报中心模拟的再分析资料中，按照3.5km×7km的格网单元，插值提取每一个格网单元的气温、地表温度，同时获取地面1463个国控站点的臭氧浓度小时监测值；

利用地面站点测量的O₃数据与臭氧前体物近地面NO₂和HCHO浓度、TropOMI近地面臭氧浓度、气温和地表温度进行时间和空间上的匹配，获取训练样本数据；根据训练样本数据构建臭氧多元回归估算模型，具体为：

O₃＝β₁T_surf+β₂T_air+β₃NO₂+β₄HCHO+β₅O₃，简化为Y＝F(X)，

其中，Y为近地面臭氧浓度，X为近地面NO₂和HCHO浓度、TropOMI近地面臭氧浓度、气温T_air和地表温度T_surf参数，采用加权最小二乘法计算回归系数，即X＝βY，进一步，β＝XY^T(YY^T)^-1，利用TropOMI卫星数据，结合已经计算好的回归系数反演得到最终的近地面臭氧浓度。

2.根据权利要求1所述基于卫星遥感的臭氧污染源识别方法，其特征在于，所述步骤一具体包括：

选取300nm-330nm波段，考虑臭氧雅克比垂直分布以及干扰气体影响，选取在不同高度层雅克比峰值最大，且SO₂气体干扰信息最小的波段作为反演波段；

获取Geos-ChemSO₂廓线，气候模式臭氧先验廓线和ECMWF大气温度廓线，并插值到3.5km×7km格网单元；

利用最优估计法反演对流层臭氧廓线，迭代形式如下：

X_i+1＝X_a+(K_i^TS_e^-1K_i+S_a^-1)^-1K_i^TS_e^-1·[(Y-F(X_i))-K_i(X_a-X_i)]，

其中，X_i+1为当前迭代时的臭氧廓线，X_i为上一次迭代时的臭氧廓线，X_a为臭氧先验廓线，S_a为先验误差协方差矩阵，S_e为观测误差协方差矩阵，这里用对角矩阵，为权重函数或雅克比，Y为TropOMI卫星观测值，F(X)为模拟观测值，选用Vlidort辐射传输模型进行模拟；

对于先验误差协方差矩阵，其计算公式为：

其中，|Z_i-Z_j|为第i层和第j层的高度差，l为相关长度。