[发明专利]基于环境一号卫星的可吸入颗粒物估算方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及大气环境遥感监测技术领域，特别涉及一种基于环境一号卫星的可吸入颗粒物估算方法及系统。

背景技术

作为一种主要的大气污染物，气溶胶对公共健康的影响已经是公认的事实，直接威胁着人类生存与可持续发展。其中，可吸入颗粒物PM10(空气动力学直径小于10μm的颗粒物)可达人体的支气管区，粒径小于5μm的颗粒物可达到肺泡区，部分更小的例子甚至可以通过毛细血管进入人体血液循环系统，对心脏及心血管造成较大危害。据《2006年中国环境状况公报》统计，在我国监测的557个城市中，43.4％的城市大气质量没有达标，颗粒物为主要污染物。

准确获取PM10的时空分布、来源及传输路径是衡量其污染影响，制定颗粒物防治政策的重要保障。当前PM10监测主要依靠地面站点，然而由于观测设备一般昂贵且维护复杂，环境监测站点分布不均且数量有限，无法全面、动态的反映可吸入颗粒物在较大区域内的空间分布，难以对污染物来源、输送通道进行准确分析。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是如何全面、动态的反映可吸入颗粒物在较大区域内的空间分布，对污染物来源、输送通道进行准确分析，降低设备成本及维护复杂度。

(二)技术方案

为解决上述技术问题，本发明提供了一种基于环境一号卫星的可吸入颗粒物估算方法，包括以下步骤：

S1：环境一号A/B星的电荷耦合元件CCD相机获取的原始数据反演目标区域的气溶胶光学厚度，并对所述目标区域的气溶胶光学厚度进行插值和平滑处理；

S2：通过激光雷达获取大气边界层高度，根据所述大气边界层高度对经过所述插值和平滑处理后的气溶胶光学厚度的每个像元逐一进行垂直订正，获得近地面气溶胶的消光系数；

S3：通过气象仪的观测获得近地面相对湿度，根据所述近地面相对湿度对所述近地面气溶胶消光系数的每个像元逐一进行湿度订正，获得没有吸湿增长影响的干燥近地面气溶胶消光系数；

S4：根据近地面可吸入颗粒物的浓度与所述干燥近地面气溶胶消光系数的相关关系，将所述干燥近地面气溶胶消光系数的每个像元逐一转化为近地面可吸入颗粒物的浓度。

其中，步骤S1具体包括：

S11：基于辐射传输模型对不同观测几何、气溶胶模式、气溶胶光学厚度，以及地表类型条件下环境一号A/B星的电荷耦合元件CCD相机的表观反射率进行模拟，建立反演气溶胶光学厚度的多维查找表；

S12：获取环境一号A/B星的电荷耦合元件CCD相机的原始数据，对所述原始数据进行重采样，由所述原始数据的辅助数据文件中获取辐射定标系数和与所述原始数据对应的观测几何，通过所述辐射定标系数将经重采样后的原始数据的灰度值转换为表观反射率，所述观测几何包括：太阳天顶角、观测天顶角和太阳与卫星的相对方位角；

S13：根据所述表观反射率计算归一化植被指数，根据所述归一化植被指数进行暗像元的识别，利用所述观测几何对所述多维查找表进行插值，得到不同气溶胶光学厚度下所述暗像元的红、蓝波段的大气参数，并根据所述大气参数和所述暗像元的表观反射率，通过辐射传输方程反演得到目标区域的气溶胶光学厚度，所述暗像元为归一化植被指数大于设定阈值的像元；

S14：采用N×N像元的距离加权平均的滤波方法，对目标区域的气溶胶光学厚度进行插值和平滑处理。

其中，步骤S13中，利用归一化植被指数识别暗像元，利用所述观测几何从所述多维查找表中插值得到不同气溶胶光学厚度下所述暗像元的红、蓝波段的大气参数，根据所述辐射传输方程和所述暗像元的红、蓝波段表观反射率计算得到暗像元的红、蓝波段的地表反射率，拟合所述暗像元的红、蓝波段的地表反射率之间的比率与实测的暗像元经验比率相同，此时对应的气溶胶光学厚度即为该暗像元的反演结果，所述大气参数与气溶胶光学厚度相对应，包括：大气下界的半球反射率、大气透过率、以及大气的路径辐射项等效反射率。

其中，步骤S2具体包括：

S21：通过激光雷达获取大气边界层高度；

S22：通过下式计算所述近地面气溶胶消光系数，

K_a，0(λ)≈τ_a(λ)/H_A

其中，K_a，0(λ)为所述近地面的气溶胶消光系数，τ_a(λ)为经所述预处理后的目标区域的气溶胶光学厚度，H_A为所述大气边界层高度。

其中，步骤S3具体包括：