一种气溶胶光学厚度遥感反演方法技术

本发明专利技术公开一种气溶胶光学厚度遥感反演方法，解决现有方法反演精度低的问题。所述方法，包含：基于高分卫星数据，采用6S辐射传输模型，建立查找表，得到大气路径辐射项等效反射率、大气下界的半球反射率、大气透过率；基于中分辨成像光谱仪地表反射率产品，利用最优反射率技术，构建月尺度下宽幅相机地表反射率库，得到地表反射率；利用辐射传输方程计算得到表观反射率计算值；将表观反射率计算值与基于高分卫星数据计算得到的表观反射率实际值进行数值对比，得到二者差的绝对值最小时的表观反射率计算值为最优表观反射率计算值，并根据所述查找表，查表得到对应的气溶胶光学厚度。本发明专利技术可实现对陆地气溶胶光学厚度大范围、精确反演。

A Remote Sensing Inversion Method for Aerosol Optical Thickness

【技术实现步骤摘要】
一种气溶胶光学厚度遥感反演方法
本专利技术涉及遥感
，尤其涉及一种气溶胶光学厚度遥感反演方法。
技术介绍
国产高分一号(GF-1)卫星搭载的四个宽幅相机(WFV)可以有效的对气溶胶进行监测，由于GF-1WFV具有蓝光波段，可以利用在蓝光处较强的大气反射和较弱的地表反射特征去除地表贡献，该算法需要有先验的地表信息，然后再根据卫星信号来反演气溶胶光学厚度。在进行地表信息构建时，传统的方法是采用最小反射率合成技术MRT(MinimumReflectivityTechnique)，在合成过程中主要是考虑一定数量不同时间的影像，相同位置像元中寻找最小值作为目标值，但是利用MRT构建的地表反射率时，选择的往往是一定时间内最低的地表反射率，因此在实际中可能会对降低对地表信息的估测。
技术实现思路
本专利技术提供一种气溶胶光学厚度遥感反演方法，解决现有方法反演精度低的问题。本专利技术实施例指出一种气溶胶光学厚度遥感反演方法，包含以下步骤：基于高分卫星数据，采用6S辐射传输模型，建立查找表，得到大气路径辐射项等效反射率、大气下界的半球反射率、大气透过率，所述查找表中的设定参数包含：太阳天顶角、观测天顶角、太阳与卫星间相对方位角、气溶胶光学厚度；基于中分辨成像光谱仪地表反射率产品，利用最优反射率技术，构建月尺度下宽幅相机地表反射率库，得到地表反射率；根据所述大气路径辐射项等效反射率、大气下界的半球反射率、大气透过率、地表反射率，利用辐射传输方程计算得到表观反射率计算值：其中，ρatm、ρsurf分别为所述表观反射率计算值、大气路径辐射项等效反射率、地表反射率，T为所述大气透过率，s为所述大气下界的半球反射率；将所述表观反射率计算值与基于所述高分卫星数据计算得到的表观反射率实际值进行数值对比，得到二者差的绝对值最小时的表观反射率计算值为最优表观反射率计算值，并根据所述查找表，查表得到对应的气溶胶光学厚度。优选地，所述基于中分辨成像光谱仪地表反射率产品，利用最优反射率技术，构建月尺度下宽幅相机地表反射率库，得到地表反射率的步骤，进一步包含：采用最优反射率技术，构建月尺度下中分辨成像光谱仪红光波段地表反射率库；根据红蓝波段地表反射率关系，对所述中分辨成像光谱仪红光波段地表反射率进行转换，得到月尺度下中分辨成像光谱仪蓝光波段地表反射率；根据中分辨成像光谱仪与宽幅相机蓝光波段数据转换关系，对所述月尺度下中分辨成像光谱仪蓝光波段地表反射率进行转换，得到月尺度下宽幅相机蓝波段地表反射率，即所述月尺度下宽幅相机地表反射率。优选地，所述采用最优反射率技术，构建月尺度下中分辨成像光谱仪红光波段地表反射率库的步骤，进一步包含：对中分辨成像光谱仪地表反射率产品的历史数据进行按月统计，每月提取多景影像，从中选取观测天顶角小于30度的像元；对每个像元由小到大排序，根据预先设定的阈值得到每个月单个像元符合规则的个数为符合个数；根据每个像元的所述符合个数，计算每个像元的地表反射率为：当所述符合个数小于等于1时，所述地表反射率不存在；当所述符合个数等于2时，所述地表反射率为对应的两个像元的均值；当所述符合个数大于2且小于等于N/2-1时，依次滑窗选取3个值作为像元参考值，对所有所述像元参考值求标准差，所述地表反射率为标准差最小的像元参考值的均值，其中N为每月提取的影像的景数。优选地，得到所述中分辨成像光谱仪与宽幅相机蓝光波段数据转换关系的步骤，进一步包含：利用完整的遥感图像处理平台自带的光谱库，分别根据中分辨成像光谱仪波段响应函数、宽幅相机波段响应函数、地物光谱函数，计算得到中分辨成像光谱仪真实反射率、宽幅相机真实反射率为：其中，分别为所述中分辨成像光谱仪真实反射率、宽幅相机真实反射率，s(λ)为地物光谱函数，Γm(λ)、Γw(λ)分别为所述中分辨成像光谱仪波段响应函数、宽幅相机波段响应函数，λ1、λ2分别为计算波段范围的最小值、最大值；根据所述中分辨成像光谱仪真实反射率、宽幅相机真实反射率，拟合得到第一、第二转换系数和所述中分辨成像光谱仪与宽幅相机蓝光波段数据转换关系：其中，分别为所述中分辨成像光谱仪真实反射率、宽幅相机真实反射率，A、B分别为所述第一、第二转换系数。进一步地，所述月尺度下中分辨成像光谱仪红光波段地表反射率库选用250米分辨率MOD09Q1红光波段地表反射率。优选地，所述基于所述高分卫星数据计算得到的表观反射率实际值的方法，进一步包含：根据所述高分卫星数据中的定标系数，将卫星观测像元转换成表观辐亮度；根据所述表观辐亮度，计算得到所述表观反射率实际值为：其中，ρTOA为所述表观反射率实际值，L为所述表观辐亮度，μs为所述太阳天顶角的余弦值，Es为大气顶层的太阳辐射。进一步地，所述查找表中，所述太阳天顶角由0-72度，间隔6度的9个数值组成；所述观测天顶角由0-72度，间隔6度的9个数值组成；所述太阳与卫星间相对方位角由0-180度，间隔10度的10个数值组成；所述气溶胶光学厚度为0.01、0.05、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1.0、1.2、1.5、1.7、2.0，所述气溶胶模式采用统一的大陆型气溶胶。进一步地，所述中分辨成像光谱仪地表反射率产品的历史数据选用2016年-2018年的MODIS地表反射率产品数据。本专利技术有益效果包括：本专利技术提供的气溶胶光学厚度遥感反演方法利用新提出的最优反射率技术(ORT)构建地表反射率，考虑了实际地表变化的影响，利用最小标准差来判定地表反射率，可以有效的提取月尺度的地表信息，避免地表反射率低估，提供稳定的地表反射率库，进而提高气溶胶光学厚度反演精度。附图说明此处所说明的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，构成本专利技术的一部分，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：图1为一种气溶胶光学厚度遥感反演方法流程实施例；图2为一种包含宽幅相机地表反射率库构建的气溶胶光学厚度遥感反演方法流程实施例；图3为一种包含最优反射率技术的气溶胶光学厚度遥感反演方法流程实施例。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术具体实施例及相应的附图对本专利技术技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。卫星遥感监测作为气溶胶高效、快速及大范围的观测手段，已经受到国内外广泛的关注，国际研究始于20世纪70年代中期，许多国内外学者利用卫星遥感数据进行了大量关于气溶胶光学厚度(AOD)的研究。由于卫星观测同时接收到大气和地表信息，尤其是在较亮地表处地表信息远高于大气信息，因此需要有效的去掉地表反射信息的影响，才可以更精确的反演气溶胶光学厚度。以下结合附图，详细说明本专利技术各实施例提供的技术方案。图1为一种气溶胶光学厚度遥感反演方法流程实施例，本专利技术实施例提供一种基于国产高分一号卫星的陆地气溶胶光学厚度遥感反演方法，具体包含以下步骤：步骤101，基于高分卫星数据，采用6S辐射传输模型，建立查找表，得到大气路径辐射项等效反射率、大气下界的半球反射率、大气透过率，所述查找表中的设本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种气溶胶光学厚度遥感反演方法，其特征在于，包含以下步骤：基于高分卫星数据，采用6S辐射传输模型，建立查找表，得到大气路径辐射项等效反射率、大气下界的半球反射率、大气透过率，所述查找表中的设定参数包含：太阳天顶角、观测天顶角、太阳与卫星间相对方位角、气溶胶光学厚度；基于中分辨成像光谱仪地表反射率产品，利用最优反射率技术，构建月尺度下宽幅相机地表反射率库，得到地表反射率；根据所述大气路径辐射项等效反射率，、大气下界的半球反射率、大气透过率、地表反射率，利用辐射传输方程计算得到表观反射率计算值：

【技术特征摘要】
1.一种气溶胶光学厚度遥感反演方法，其特征在于，包含以下步骤：基于高分卫星数据，采用6S辐射传输模型，建立查找表，得到大气路径辐射项等效反射率、大气下界的半球反射率、大气透过率，所述查找表中的设定参数包含：太阳天顶角、观测天顶角、太阳与卫星间相对方位角、气溶胶光学厚度；基于中分辨成像光谱仪地表反射率产品，利用最优反射率技术，构建月尺度下宽幅相机地表反射率库，得到地表反射率；根据所述大气路径辐射项等效反射率，、大气下界的半球反射率、大气透过率、地表反射率，利用辐射传输方程计算得到表观反射率计算值：其中，ρ*TOA、ρatm、ρsurf分别为所述表观反射率计算值、大气路径辐射项等效反射率、地表反射率，T为所述大气透过率，s为所述大气下界的半球反射率；将所述表观反射率计算值与基于所述高分卫星数据计算得到的表观反射率实际值进行数值对比，得到二者差的绝对值最小时的表观反射率计算值为最优表观反射率计算值，并根据所述查找表，查表得到对应的气溶胶光学厚度。2.如权利要求1所述的气溶胶光学厚度遥感反演方法，其特征在于，所述基于中分辨成像光谱仪地表反射率产品，利用最优反射率技术，构建月尺度下宽幅相机地表反射率库，得到地表反射率的步骤，进一步包含：采用最优反射率技术，构建月尺度下中分辨成像光谱仪红光波段地表反射率库；根据红蓝波段地表反射率关系，对所述中分辨成像光谱仪红光波段地表反射率进行转换，得到月尺度下中分辨成像光谱仪蓝光波段地表反射率；根据中分辨成像光谱仪与宽幅相机蓝光波段数据转换关系，对所述月尺度下中分辨成像光谱仪蓝光波段地表反射率进行转换，得到月尺度下宽幅相机蓝波段地表反射率，即所述月尺度下宽幅相机地表反射率。3.如权利要求2所述的气溶胶光学厚度遥感反演方法，其特征在于，所述采用最优反射率技术，构建月尺度下中分辨成像光谱仪红光波段地表反射率库的步骤，进一步包含：对中分辨成像光谱仪地表反射率产品的历史数据进行按月统计，每月提取多景影像，从中选取观测天顶角小于30度的像元；对每个像元由小到大排序，根据预先设定的阈值得到每个月单个像元符合规则的个数为符合个数；根据每个像元的所述符合个数，计算每个像元的地表反射率为：当所述符合个数小于等于1时，所述地表反射率不存在；当所述符合个数等于2时，所述地表反射率为对应的两个像元的均值；当所述符合个数大于2且小于等于N/2-1时，依次滑窗选取3个值作为像元参考值，...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨富坤，王子峰，陈良富，陶金花，张莹，范萌，余超，顾坚斌，
申请(专利权)人：中国科学院遥感与数字地球研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11