[发明专利]一种气溶胶和地表参数联合反演方法

说明书

本发明公开了气溶胶和地表参数联合反演方法，通过所提取的两个光谱基础向量来构造0.45~0.52μm、0.52~0.59μm、0.63~0.69μm和0.77~0.89μm这4个波段的地表反射率，平均绝对误差小于0.01。本发明气溶胶和地表参数联合反演方法通过卫星遥感多光谱地表反射率的重建方法，可有效实现不同地物的多光谱地表反射率的精确重建，针对GF‑1卫星遥感数据的地溶胶和地表参数联合反演方法。该方法不需要事先准备好的地表反射率，也不需要利用时间序列的卫星数据来约束反演，只需要单景的GF‑1卫星数据即得到对应的气溶胶光学厚度和地表反射率等结果。

技术领域

本发明涉及大气污染治理领域，尤其是一种大气气溶胶观测技术。

背景技术

大气中的气溶胶对全球辐射平衡、气候变化、人类健康等起着直接或间接的作用。气溶胶光学厚度作为气溶胶重要的光学参数，表示气溶胶粒子的消光能力，被广泛应用于各个相关领域。目前气溶胶的常规监测主要有地基、星载两种方式，地基观测具有精度高的特点。相比于地基观测，星载监测气溶胶具有范围广、成本低、受地形条件约束等特点，但是基于卫星传感器反演气溶胶难度较大，另外传统的基于卫星传感器数据反演的气溶胶光学厚度产品存在空间分辨率低的缺点，例如POLarization and Directionality of theEarth’s Reflectances (POLDER)的官方二级产品空间分辨率为18km，ModerateResolution Imaging Spectroradiometer(MODIS)的官方产品初始空间分辨率为10km。这些产品远远不能满足如城市等小尺度区域的气溶胶研究。

为了发展高空间分辨率气溶胶光学厚度产品，已有大量学者展开了相关的研究，并取得了一些成果，例如王中挺等基于高分一号传感器数据，利用经典的暗目标方法中红蓝波段的线性关系反演气溶胶光学厚度，但是卫星反演结果整体偏高，且该方法只适用于植被等暗地表地区。Bao等对经典暗目标法中红蓝波段关系进行了改进，统计了不同的Normalized Difference Vegetation Index(NDVI)阈值区间的红蓝波段地表反射率线性关系，并将此方法应用于高分一号传感器数据反演气溶胶光学厚度，但是反演结果还是存在整体偏高的问题。 Sun等利用深蓝算法，并基于高分一号传感器数据反演气溶胶光学厚度，但是反演结果还是存在整体偏高的问题，而且该方法需要基于长时间序列数据制备地表反射率库。She等利用 MODIS地表反射率产品，统计可见光与近红外波段地表反射率线性关系，并将该方法应用高分四号传感器数据反演气溶胶光学厚度，并与地基站点结果验证，相关系数达到0.92，但是该线性关系不适用于某些地表。Chen等基于图像时序的方法，利用“大气变化快，地表变化慢”的特点来对高分四号卫星传感器数据进行地气解耦合反演气溶胶光学厚度，反演了800m 空间分辨率的气溶胶光学厚度产品，其反演结果与地基站点验证显示相关性为R＝0.79。该方法类似于深蓝算法，需要事先制备地表反射率库，但是其可以根据反演的地表反射率更新地表反射率库。

由上述描述可见，目前基于高空间分辨率卫星遥感数据反演气溶胶光学厚度还存在各种问题，例如暗目标法只能应用于植被等暗地表地区，且波段间的线性关系对于特定地表不适合；地表反射率库方法需要事先制备地表反射率库，对于沙漠等地表变化不大的地区比较合适，但是对于植被等地表反射率变化大的地区往往是不适合的。图像序列方法虽然可以更新地表反射率库，但是基于自身反演的地表反射率，这样会导致误差累积增大，另外也存在图像配准不准等问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种针对GF-1卫星遥感数据的地溶胶和地表参数联合反演方法。该方法不需要事先准备好的地表反射率，也不需要利用时间序列的卫星数据来约束反演，只需要单景的GF-1卫星数据即得到对应的气溶胶光学厚度和地表反射率等结果；具体技术方案为：

一种气溶胶和地表参数联合反演方法，包括以下步骤：

1)根据公式(5)获得无云像元近似的地表反射率；