[发明专利]基于夜光灯光遥感数据的夜间PM2.5浓度监测方法

权利要求书

1.一种基于夜光灯光遥感数据的夜间PM2.5浓度监测方法，其特征在于，所述监测方法包括以下步骤：

S1，从NPP/VIIRS夜间灯光影像数据中提取传感器接收的DNB辐射亮度、云覆盖、月相角、卫星天顶角和卫星过境时间共5种数据集；

S2，对提取的数据集中的数据进行预处理，筛选出月光与云覆盖对地表光的干扰程度小于预设干扰阈值的夜光遥感数据；利用云覆盖数据对选取的夜光遥感数据进行掩膜处理，仅保留晴空像元值；

S3，根据卫星过境时间取与之相邻的前后两个整点时刻PM_2.5站点观测数据进行线性插值，得到卫星过境时刻的PM_2.5浓度；

S4，对卫星过境时刻的PM_2.5浓度进行湿度订正；

S5，基于辐射传输理论分析遥感传感器接收的夜间灯光辐射与PM_2.5浓度之间的关系，将夜间地表光辐射传输方程表示为：

式中，τ为大气上界向下测量的垂直光学厚度；ω为单次散射反照率；Ω₀表示初始入射方向；Ω表示单次散射传播方向；Ω'表示多次散射后的传播方向；μ₀表示地表光发射天顶角的余弦；F₀表示周边地表光源散射的辐射亮度，即背景散射辐射；P表示相位函数；表示辐射亮度dI沿一定方向传播，穿过光学厚度dτ后辐射亮度的总变化；表示地表光的直接衰减；表示地表光的单次散射；表示地表光的多次散射；

S6，对夜间地表光辐射传输方程进行求解，得到夜间PM_2.5浓度的理论推导模型为：

其中，I表示地表处的辐射强度穿过整层大气到传感器处发生衰减后的辐射亮度总和，即卫星观测到的夜间灯光辐射；I₀表示近地表的辐射亮度，即地表光源向上辐射；μ₀为天顶角的余弦；P(cosθ)为散射相函数，且气溶胶散射相函数P(cosθ)为：

式中，不对称因子g取0.75，发射光束与散射光束之间的夹角θ为卫星天顶角加90°；

S7，基于夜间PM_2.5浓度的理论推导模型构建夜间PM_2.5浓度估算半经验模型：

式中，为湿度订正PM_2.5浓度；μ₀为卫星天顶角余弦；I₀为地表向上辐射亮度；I为卫星接收的DNB辐射值；P(cosθ)为散射相函数；F₀为背景散射辐射亮度；a、b、c为经验系数，通过最小二乘拟合得到；

S8，将构建的夜间PM_2.5浓度估算半经验模型应用于空间自变量得到湿度订正PM_2.5浓度空间分布；

S9，将湿度订正PM_2.5浓度反变换为PM_2.5浓度，得到PM_2.5浓度空间分布：

式中，f(RH)为湿度订正因子。

2.根据权利要求1所述的基于夜光灯光遥感数据的夜间PM2.5浓度监测方法，其特征在于，步骤S2中，对提取的数据集中的数据进行预处理：

S21，对提取的数据集进行包括投影转换、镶嵌和裁切在内的预处理；

S22，筛选出月相角小于120°且低云量的数据。