一种遥感臭氧数据集的生成方法技术

本发明专利技术涉及遥感气象卫星领域，公开了一种遥感臭氧数据集的生成方法，通过获取遥感臭氧观测数据；对所述臭氧观测数据进行反演计算，得到臭氧总量数据；对所述臭氧总量数据进行一致性订正，得到长序列数据；对所述长序列数据进行融合，得到遥感臭氧数据集。解决了现有技术中因探测的臭氧数据存在部分空域数据缺失或者边缘数据值不确定的情况，而导致臭氧气候数据集具有不均匀性和不稳定性的技术问题，实现建立稳定有效的遥感臭氧气候数据集的目的，以提高对大气臭氧分析的准确性，为人类应对和研究气候变化提供高质量数据支撑。研究气候变化提供高质量数据支撑。研究气候变化提供高质量数据支撑。

【技术实现步骤摘要】
一种遥感臭氧数据集的生成方法


[0001]本专利技术涉及遥感气象卫星领域，尤其涉及一种遥感臭氧数据集的生成方法。

技术介绍

[0002]臭氧总量是指整层大气臭氧柱含量，臭氧是一种微量气体，能强烈吸收0.36μm波段以下的太阳紫外辐射，使人体和生态环境免遭过多紫外线伤害，从而保护地球生物圈；同时，臭氧也是影响对流层—平流层大气动力、热力、辐射、化学等过程的重要成分之一。因此，观测和研究臭氧的分布及变化，对人类社会生存与发展极为重要。
[0003]目前，对大气臭氧的观测主要以卫星探测为主，其在空间覆盖和时间连续上都具有一定的优势。为了避免出现“臭氧层空洞”现象，世界各国通过卫星持续搭载用于探测臭氧变化的仪器，监测研究和分析大气臭氧，以建立长期的臭氧气候数据集，对于进一步认识并研究臭氧变化及成因意义重大。
[0004]相关现有技术中，通过中国第二代极轨气象卫星风云三号(FY
‑
3A，上午星；FY
‑
3B，下午星)卫星搭载我国自主研制的紫外臭氧总量探测仪(Total Ozone Unit，TOU)，探测大气中的臭氧柱总量。通过TOU获得臭氧柱总量并通过不同的算法反演，再结合地面仪器的测量进行验证，并进行合并处理，形成臭氧气候数据集，从而为大气臭氧分析提供最直接有效的论据。
[0005]但是，由于卫星搭载的探测仪器存在噪声干扰，以及，气象卫星运行轨迹等问题，使得探测的臭氧数据存在部分空域数据缺失或者边缘数据值不确定的情况，导致最终形成的臭氧气候数据集具有不均匀性和不稳定性的缺陷，从而影响大气臭氧分析结果的准确性。

技术实现思路

[0006]本专利技术旨在提供一种遥感臭氧气候数据集的生成方法，解决现有技术中因探测的臭氧数据存在部分空域数据缺失或者边缘数据值不确定的情况，而导致臭氧气候数据集具有不均匀性和不稳定性的技术问题，实现建立稳定有效的遥感臭氧气候数据集的目的，以提高对大气臭氧分析的准确性。
[0007]具体通过以下技术方案来实现：
[0008]一种遥感臭氧数据集的生成方法，包括：
[0009]获取遥感臭氧观测数据；
[0010]对所述臭氧观测数据进行反演计算，得到臭氧总量数据；
[0011]对所述臭氧总量数据进行一致性订正，得到长序列数据；
[0012]对所述长序列数据进行融合，得到遥感臭氧数据集。
[0013]本专利技术相比于现有技术具有的技术效果：本专利技术通过获取遥感臭氧观测数据；对所述臭氧观测数据进行反演计算，得到臭氧总量数据；对所述臭氧总量数据进行一致性订正，得到长序列数据；对所述长序列数据进行融合，得到遥感臭氧数据集。解决了现有技术
中因探测的臭氧数据存在部分空域数据缺失或者边缘数据值不确定的情况，而导致臭氧气候数据集具有不均匀性和不稳定性的技术问题，实现建立稳定有效的遥感臭氧气候数据集的目的，以提高对大气臭氧分析的准确性，为人类应对和研究气候变化提供高质量数据支撑。
附图说明
[0014]1、图1示出了本专利技术实施例中一种遥感臭氧数据集的生成方法的流程示意图；
[0015]2、图2示出了本专利技术实施例中臭氧总量反演算法优化计算的流程示意图；
[0016]3、图3示出了本专利技术实施例中FY3/TOU漫反射板A1辐照度变化图；
[0017]4、图4示出了本专利技术实施例中FY3/TOU漫反射板A2辐照度变化图；
[0018]5、图5示出了本专利技术实施例中FY3/TOU漫反射板A3辐照度变化图；
[0019]6、图6示出了本专利技术实施例中数据融合算法优化的框架图；
[0020]7、图7示出了本专利技术实施例中FY
‑
3B/TOU臭氧总量数据与芬兰索丹屈莱地基观测数据对比散点图；
[0021]8、图8示出了本专利技术实施例中订正前后臭氧总量与地基观测以及香河站的对比图；
[0022]9、图9示出了本专利技术实施例中FY3A TOU与FY3B TOU臭氧总量时间序列图。
[0023]最佳实施方式
[0024]为了使本领域技术人员更清楚的理解本专利技术，下面将结合附图对其进行详细的说明。
[0025]本专利技术实施例公开了一种遥感臭氧数据集的生成方法，以基于FY
‑
3气象卫星观测为例进行说明，如图1所示，包括以下步骤：
[0026]步骤1：通过搜集整理获取2008
‑
2017年国内外臭氧观测数据。
[0027]步骤2：对所述臭氧观测数据进行反演计算，得到臭氧总量数据。
[0028]需要说明的是，臭氧在紫外波段有两个重要的吸收带：
[0029]1、哈特莱带(Hartley bands，位于200
‑
300nm之间)为臭氧的强吸收带，在强吸收带太阳的紫外辐射基本上被臭氧吸收；
[0030]2、赫金斯带(Huggins bands，位于300
‑
360nm之间)不如哈特莱带强，在赫金斯带太阳紫外辐射可以部分到达地面。
[0031]紫外探测臭氧的基本原理是，从哈特莱臭氧吸收带选择一系列波段吸收强度不同的波段，用于反演大气臭氧垂直分布；从赫金斯带中选择一对波长，这对波长具有两个特点：
[0032](1)吸收比较弱，太阳直射辐射可以到达地面，后向散射光子能够到达卫星携带的探测仪器；
[0033](2)两个波长的反射率几乎相同而被臭氧吸收的状况差异显著，从而根据两个波长的臭氧吸收的差异与臭氧总量的关系来估算大气臭氧的总量。
[0034]具体的实施方式如图2臭氧总量反演的流程示意图所示，可为：
[0035]风云三号气象卫星搭载的紫外仪器TOU共6个通道，表1为TOU仪器的光谱特性。
[0036][0037]表1通道中心波长和带宽
[0038]通道1主要用于探测火山二氧化硫以便对臭氧反演精度进行评估。
[0039]通道6的后向散射辐亮度受臭氧吸收的影响很小，一般用于估计表面有效反射率和有效云量等。通道6和其他通道的不同组合可以用于探测不同倾斜路径的臭氧总量。
[0040]TOU仪器的观测原理是通过观测太阳辐照度和地球大气后向散射辐亮度来反演臭氧总量。TOU在垂直卫星轨道的平面内作空间扫描，在天底方向两侧各取样15个点，天底一个点，共31个取样点，仪器的扫描角为
±
54
°
，考虑到仪器3.6
°
的视场角，则仪器的覆盖角为
±
55.8
°
，星下点分辨率约50公里。
[0041]TOU有三个观测模式，即对地扫描模式、波长定标模式和辐射定标模式：
[0042]波长定标模式用于监测波长的漂移情况。
[0043]辐射定标模式用于在北极上空卫星出现阴影时，观测太阳辐照度，并对漫反射器的辐射特性进行监测。
[0044]对地扫描模式用于观测地球大气的紫外后向散射辐亮度。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种遥感臭氧数据集的生成方法，其特征在于，包括：获取遥感臭氧观测数据；对所述臭氧观测数据进行反演计算，得到臭氧总量数据；对所述臭氧总量数据进行一致性订正，得到长序列数据；对所述长序列数据进行融合，得到遥感臭氧数据集。2.如权利要求1所述的一种遥感臭氧数据集的生成方法，其特征在于，对所述臭氧观测数据进行反演计算，得到臭氧总量数据，包括：根据遥感观测的太阳辐照度和地球大气的紫外后向散射辐亮度反演所述臭氧观测数据，得到臭氧总量数据。3.如权利要求2所述的一种遥感臭氧数据集的生成方法，其特征在于，根据遥感观测的太阳辐照度和地球大气的紫外后向散射辐亮度反演所述臭氧观测数据，包括：利用反演模型计算臭氧总量：I
m
(λ,θ,θ0,Ω,P0,R)＝I
a
(λ,θ,θ0,φ,Ω,P0)+I
s
(λ,θ,θ0,φ,Ω,P0,R)；其中，λ为波长，θ为卫星天顶角，θ0为太阳天顶角，Φ为相对方位角，Ω为臭氧总量，P0为表面气压，R为表面等效反射率，I
m
为遥感观测的地球大气紫外后向散射辐亮度，I
a
为大气对辐亮度的贡献，I
s
为地表反射对辐亮度的贡献；根据上述计算的臭氧总量建立遥感观测的太阳辐照度和地球大气的紫外后向散射辐亮度之间的关系N，使得计算的N值与观测的N值相差小于预设值，并根据计算的臭氧总量、N值和辐亮度建立三者对应的查找表；根据第一通道对应的N值和第二通道对应的N值之差，计算臭氧总量的初估值，其中第一通道和第二通道是卫星探测器的探测通道，所述第一通道对臭氧吸收强度大于第二通道对臭氧吸收强度。4.如权利要求3所述的一种遥感臭氧数据集的生成方法，其特征在于，所述关系N为：N＝
‑
100LOG
10
(I/F)；其中，I表示遥感观测的地球大气紫外后向散射辐亮度，F表示太阳辐照度。5.如权利要求3所述的一种遥感臭氧数据...

【专利技术属性】
技术研发人员：张艳，王维和，吴锡，黄安宁，胡金蓉，黄飞虎，杨善敏，唐世浩，李元，周宁芳，
申请(专利权)人：国家卫星气象中心国家空间天气监测预警中心，
类型：发明
国别省市：