[发明专利]用于提供近地面悬浮颗粒物分布的方法和相应的系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于提供近地面层环境的方法和相应的系统，具体地，涉及用于提供近地面悬浮颗粒物分布的方法和相应的系统。该系统是面向用户的交互型信息系统。

背景技术

大气气溶胶是指大气中悬浮着的各种固体和液体颗粒物。大气汽溶胶浓度变化直接影响到人们的健康和生存环境，影响到许多大气物理过程，特别是影响到天气和气候的变化。

近年来，空气中气溶胶污染已经引起全世界公众和政府的普遍关注。对气胶溶进行有效地监测是准确估计气溶胶的排放、扩散和输送特征、以及达到更好的控制的一个重要前提。通常，地面常规检测站可以方便地连续提供污染的详细特性；地基雷达监测也可以提供单点的气溶胶垂直信息。但是，地面监测因建站和仪器设备及维护的成本只能在有限的地点进行，难以得到污染物详细的空间分布特征。现有的稀疏的环境监测资料也难以满足人们对周围环境污染信息的需求。

通过卫星测量，例如通过加载于Terra卫星或Aqua卫星上的中等分辨率成像光谱辐射计(MODIS)，能够提供地面监测难以得到的气溶胶(AOD)的空间分布信息。实时广播能力是MODIS的独有优势之一，即除了即时存储数据以备之后的定期下载外，MODIS还可以实时并连续地向其用户广播原始数据。用户端需要安装一个直径不小于3米的X-band卫星接收装置。除此之外，具备宽带条件地用户可以由http://modis.gsfc.nasa.gov自由下载MODIS数据。MODIS卫星的每月数据量大约有500GB左右，需要使用在线容量4TB、离线容量10TB以上的大容量存储系统进行存储。

AOD反映的是整层大气垂直光学厚度，是代表了整层垂直大气的气溶胶总量。气溶胶消光系数(SEC)作为气溶胶光学观测中最为重要的一个参数，同气溶胶对可见光的散射和吸收有关：与气溶胶浓度、气溶胶光学特征以及气溶胶的组分都有直接关系。也就是说SEC分布直接反映了近地面气溶胶的污染信息。

在本发明之前尚难以得到与人类健康、能见度和生态系统直接相关的近地面层的地面气溶胶(悬浮颗粒物)的精密分布信息。

发明内容

本发明的目的在于通过卫星观测的AOD信息而获得近地面的颗粒物分布状况。

具体地，本发明通过利用卫星气溶胶光学厚度(AOD)信息来反演近地面气溶胶或大气中悬浮颗粒物(PM)的分布特征的信息。

本发明就是通过卫星观测的AOD数据，利用单点LIDAR观测的消光系数垂直廓线及一些地面观测站的消光系数数据得到的气溶胶垂直分布信息，从卫星观测到的整层大气的垂直总AOD中分解出近地表气溶胶污染物浓度分布。

本发明的主要内容包括以下三个部分：(1)由获得的卫星数据反演出1公里分辨率的AOD产品，利用卫星观测AOD与地面观测的能见度数据，得到气溶胶垂直分布及地面气溶胶散射系数(SEC)，并利用经验公式校正水汽对地面气溶胶散射系数的影响，从而得出干空气状态的地面气溶胶散射系数，再由气溶胶散射系数回归得到气溶胶颗粒浓度分布；(2)相应的模块系统；以及(3)该系统的使用。

根据本发明的一种用于提供近地面悬浮颗粒物分布的方法，包括：从气象卫星获取气溶胶垂直分布数据；利用辐射传输模式模拟整层气溶胶数据分布；结合观测的地面消光系数获取气溶胶垂直分布的标高数据分布；对获得的标高数据分布进行湿度校正；从整层气溶胶数据分布分解出地面气溶胶消光系数；以及，从地面气溶胶消光系数和地面空气质量检测数据获取地面颗粒物质数据。

在上述方法中，所述从气象卫星获取气溶胶垂直分布数据的步骤可包括从美国地球观测卫星的中等分辨率成像光谱辐射计获取气溶胶垂直分布数据；所述利用辐射传输模式模拟整层气溶胶数据分布的步骤可包括得出1公里分辨率的整层气溶胶数据分布；所述结合观测的地面消光系数获取气溶胶垂直分布的标高数据分布的步骤可包括利用微脉冲激光雷达来测量垂直消光系数廓线；所述对获得的标高数据分布进行湿度校正的步骤可包括利用MM5数据进行湿度校正；所述从地面气溶胶消光系数和地面空气质量检测数据获取地面颗粒物质数据的步骤可包括利用线性回归算法得出地面颗粒物质数据。