[发明专利]一种高时间分辨率空间无缝气溶胶光学厚度填补方法

说明书

本发明公开了一种高时间分辨率空间无缝气溶胶光学厚度填补方法，属于气溶胶光学厚度填补技术领域。本发明将静止轨道卫星气溶胶光学厚度产品分解为线性分量和非线性分量，其中线性分量的求解思想是求解再分析资料与卫星反演气溶胶光学厚度产品在不同地表覆盖类型上的线性关系，并基于该线性关系对再分析资料进行校正；将校正后的线性分量与卫星气溶胶光学厚度作差，得到有效观测像元的非线性分量，利用机器学习模型去映射非线性分量与影响因子之间的相关关系，并将该关系用于非有效观测像元，获取空间无缝的非线性分量；最后将线性分量与非线性分量叠加，得到空间无缝的气溶胶光学厚度。

技术领域

本发明属于气溶胶光学厚度填补技术领域，具体涉及一种高时间分辨率空间无缝气溶胶光学厚度填补方法。

背景技术

使用卫星可见光波段的观测结果反演气溶胶光学厚度的相关算法及科学数据产品已经发展得较为成熟，但卫星可见光波段容易受云雾影响的特点及卫星地表反射率产品中的异常值导致卫星反演的气溶胶光学厚度产品存在大量的非随机性缺失。为解决该问题，目前已有研究融合卫星反演气溶胶光学厚度产品、再分析资料气溶胶光学厚度产品及地表参数、大气参数及社会经济学参数，基于气溶胶光学厚度的时空分布连续性假设，对气溶胶光学厚度中的非随机性缺失进行填补。但目前绝大多数研究主要基于空间分辨率较高的极轨卫星产品。这是由于曾经受限于传感器硬件水平，静止轨道卫星的空间分辨率较粗，难以精确反映气溶胶光学厚度的空间分布，因此少有填补算法的研究使用静止轨道卫星作为输入参数。但随着新一代静止轨道卫星Himawari-8的发射升空，静止轨道卫星的空间分辨率显著提高，其气溶胶光学厚度产品已经可以满足应用需求。目前已有少量研究将在极轨卫星上发展的气溶胶光学厚度填补算法移植到静止轨道卫星上，但仍需面临以下问题：

(1)极轨卫星的时间分辨率较粗，大部分极轨卫星一天仅有一次有效的气溶胶光学厚度反演结果，而静止轨道卫星的时间分辨率较高，每隔一小时或更短时间即可进行一次有效观测。基于极轨卫星发展而来的气溶胶光学厚度填补算法中未考虑不同地方时的气溶胶光学厚度的模式差异，因此无法直接迁移到拥有多个地方时反演结果的静止轨道卫星气溶胶光学厚度产品上；

(2)现有的气溶胶光学厚度填补算法中使用地表覆盖类型信息及再分析资料气溶胶光学厚度产品的主要方式是将其作为机器学习模型的输入参数，但该方法不足以刻画气溶胶光学厚度在不同地表覆盖类型上分布模式的差异，也并未有效利用再分析资料气溶胶光学厚度产品与卫星反演气溶胶光学厚度产品间线性关系。

发明内容

本发明提供了一种高时间分辨率空间无缝气溶胶光学厚度填补方法，以实现高时间分辨率、空间无缝气溶胶光学厚度获取。

本发明采用的技术方案为：

一种高时间分辨率空间无缝气溶胶光学厚度填补方法，该方法包括下列步骤：

步骤1，在低空间分辨率下训练气溶胶光学厚度影响因子与气溶胶光学厚度的回归模型：

其中，表示回归模型拟合得到的低空间分辨率气溶胶光学厚度，kernel_low表示低空间分辨率气溶胶光学厚度影响因子，f()表示低空间分辨率下各输入变量的降尺度映射关系；需要说明的是，本发明中，高(低)时间分辨率空间、低(高)空间分辨率是一种人为的划分，若当前对象的时间分辨率高于(或等于)所设定的时间分辨率阈值，则为高时间分辨率空间，反之为低时间分辨率空间；若当前对象的空间分辨率低于(或等于)所设定的空间分辨率阈值，则为低空间分辨率，反之则为高空间分辨率。且划分的阈值(时间分辨率阈值、空间分辨率阈值)基于场景进行设置。

定义低分辨率下原始气溶胶光学厚度与回归模型拟合得到的气溶胶光学厚度间的残差ΔAOD_low为：其中，AOD_low表示低分辨率的原始气溶胶光学厚度；