【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及大气定量遥感领域，更确切地说，它涉及一种卫星多通道优化反演甲烷柱浓度增强的方法。
技术介绍
1、甲烷(ch4)是一种强效温室气体，其全球增温潜势在20年尺度上为单位质量二氧化碳(co2)的86倍。在所有非二氧化碳温室气体中，甲烷的大气含量最高，其对全球变暖的贡献率约四分之一。近年来，全球甲烷平均大气浓度持续上升，引起社会各界的广泛关注。甲烷的大气稳定寿命(约为9年)较短，即其浓度会因控排措施的实施在较短时间内明显下降。此外，目前对大气甲烷源的认识较为充分。因此，相较其他温室气体而言，甲烷减排具有响应速度快、政策指向性强、经济效益高等特点，对温室气体净零排放、减缓全球变暖有重要意义。
2、大气甲烷的主要来源为人类活动，以能源行业为主(如油气和煤矿开采活动等)，废弃物处理(垃圾填埋)和畜牧业(牲畜反刍)也贡献了人为源甲烷排放的12％。人为源甲烷排放模式可分为点源排放和面源排放。能源行业排放模式表现出强点源性质与重尾性质，即甲烷排放可归因于某一特定异常点(如特定的油气开采设施、运输管道等)，且少量的异常点源排放贡献绝大多数的甲烷排放。因此，控制人为源点源甲烷排放是控制甲烷排放的最有效途径。这需要对特定地区重点行业甲烷异常泄露点源进行准确识别和排放量化，以便于生态环境部门采取针对性措施。
3、目前，传统的监测甲烷异常排放的方法主要依赖地面观测。然而由于站点数量和分布、采样频率等方面的限制，这些观测结果难以快速应用于全球范围内甲烷异常排放信息的提取。相较之下，卫星观测以其全球范围的高空间覆盖率和时间连
技术实现思路
1、本专利技术的目的是针对现有技术的不足，提出了一种卫星多通道优化反演甲烷柱浓度增强的方法，以充分考虑高光谱卫星短波红外波段甲烷特征吸收信息，推进大气定量遥感领域的研究，为实现空基大范围高精度甲烷异常排放监测提供重要技术支撑。
2、第一方面，提供了一种卫星多通道优化反演甲烷柱浓度增强的方法，包括：
3、步骤1、提取星载传感器短波红外波段的像元辐亮度表征值、中心波长以及半峰全宽，并根据传感器定标系数对像元辐亮度表征值进行辐射定标；
4、步骤2、模拟不同甲烷浓度下传感器处辐射光谱，根据甲烷浓度扰动导致的模拟辐射变化利用线性拟合计算短波红外波段内甲烷的特征吸收谱线；
5、步骤3、基于提取的传感器中心波长以及半峰全宽计算光谱响应函数，并与所述特征吸收谱线卷积获取适用于当前传感器的甲烷特征吸收谱线；
6、步骤4、分别基于甲烷强吸收窗口、弱吸收窗口和短波红外波段辐射信息以及匹配滤波计算单波段δxch4反演结果，并计算三波段反演结果误差；
7、步骤5、基于不同波段反演误差和卡尔曼滤波，分别计算三个波段权重系数，并按权重进行线性组合得到单次优化的δxch4估计结果；
8、步骤6、基于单次优化的δxch4结果优化对区域背景辐射均值和均方差的估计，并重复步骤4～5直至代价函数收敛，得到最终的δxch4优化反演结果。
9、作为优选，步骤1中，辐射定标的计算公式为：
10、l＝gain·dn+bias
11、式中，l为云顶辐射亮度；gain和bias分别是转换函数的斜率系数和截距系数，dn为像元辐亮度表征值。
12、作为优选，步骤2中，计算公式为：
13、
14、式中，δl(α)为辐射扰动值，lα和l0分别代表甲烷总柱混合比为α和背景值的场景下云顶辐射亮度；并根据不同的δl和α值进行线性拟合，所得的随波长变化的斜率即为甲烷的特征吸收光谱。
15、作为优选，步骤3中，计算公式为：
16、
17、式中，b(x)为指定传感器的光谱响应函数；x为短波红外波段内各波段的中心波长，γ为2倍的半峰全宽。
18、作为优选，步骤4中，甲烷强吸收窗口为2100～2400nm，甲烷弱吸收窗口为1600～1900nm，短波红外波段为1000～2500nm。
19、作为优选，步骤4包括：
20、步骤4.1、基于三波段信息分别计算单通道δxch4，公式为：
21、
22、式中，⊙代表两向量对应元素相乘；i是波段序号，当i＝1,2,3时，分别代表强吸收、弱吸收以及短波红外波段；是对应波段的匹配滤波估计的δxch4，μi和∑i为对应波段背景辐射均值和协方差矩阵；s为步骤3中计算所得适用于当前传感器的甲烷特征吸收光谱；
23、步骤4.2、计算三波段反演δxch4的误差，公式为：
24、
25、式中，εi为对应波段的反演误差，λ0和λm分别为该波段的起始波长和结束波长。
26、作为优选，步骤5中，计算公式为：
27、
28、awa＝a1·a2
29、asa＝(1-a1)·a2
30、asw＝1-a2
31、
32、
33、式中，下标k，wa，sa以及sw分别代表卡尔曼滤波优化、弱吸收波段、强吸收波段以及短波红外波段的结果；a为三波段线性组合的权重。
34、作为优选，步骤6中，计算公式为：
35、
36、
37、
38、式中，上标n代表迭代次数，j代表像元序号，n代表空间像元总数。
39、第二方面，提供了一种卫星多通道优化反演甲烷柱浓度增强的系统，用于执行如第一方面任一所述卫星多通道优化反演甲烷柱浓度增强的方法，包括：
40、提取模块，用于提取星载传感器短波红外波段的像元辐亮度表征值、中心波长以及半峰全宽，并根据传感器定标系数对像元辐亮度表征值进行辐射定标；
41、模拟模块，用于模拟不同甲烷浓度下传感器处辐射光谱，根据甲烷浓度扰动导致的模拟辐射变化利用线性拟合计算短波红外波段内甲烷的特征吸收谱线；
42、第一计算模块，用于基于提取的传感器中心波长以及半峰全宽计算光谱响应函数，并与所述特征吸收谱线卷积获取适用于当前传感器的本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种卫星多通道优化反演甲烷柱浓度增强的方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的卫星多通道优化反演甲烷柱浓度增强的方法，其特征在于，步骤1中，辐射定标的计算公式为：
3.根据权利要求2所述的卫星多通道优化反演甲烷柱浓度增强的方法，其特征在于，步骤2中，计算公式为：
4.根据权利要求3所述的卫星多通道优化反演甲烷柱浓度增强的方法，其特征在于，步骤3中，计算公式为：
5.根据权利要求4所述的卫星多通道优化反演甲烷柱浓度增强的方法，其特征在于，步骤4中，甲烷强吸收窗口为2100～2400nm，甲烷弱吸收窗口为1600～1900nm，短波红外波段为1000～2500nm。
6.根据权利要求5所述的卫星多通道优化反演甲烷柱浓度增强的方法，其特征在于，步骤4包括：
7.根据权利要求6所述的卫星多通道优化反演甲烷柱浓度增强的方法，其特征在于，步骤5中，计算公式为：
8.根据权利要求7所述的卫星多通道优化反演甲烷柱浓度增强的方法，其特征在于，步骤6中，计算公式为：
9.一种卫星多通道优化反
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质包括存储的可执行程序，其中，在所述可执行程序运行时控制所述计算机可读存储介质所在设备执行权利要求1至8任一所述卫星多通道优化反演甲烷柱浓度增强的方法。
...【技术特征摘要】
1.一种卫星多通道优化反演甲烷柱浓度增强的方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的卫星多通道优化反演甲烷柱浓度增强的方法，其特征在于，步骤1中，辐射定标的计算公式为：
3.根据权利要求2所述的卫星多通道优化反演甲烷柱浓度增强的方法，其特征在于，步骤2中，计算公式为：
4.根据权利要求3所述的卫星多通道优化反演甲烷柱浓度增强的方法，其特征在于，步骤3中，计算公式为：
5.根据权利要求4所述的卫星多通道优化反演甲烷柱浓度增强的方法，其特征在于，步骤4中，甲烷强吸收窗口为2100～2400nm，甲烷弱吸收窗口为1600～1900nm，短波红外波段为1000～2500nm。
6.根据权利要求5所述的...
【专利技术属性】
技术研发人员：封晨曦，张永光，李飞，延英齐，林可儿，白晟熙，黄琦丹，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。