[发明专利]一种对流层臭氧廓线计算方法

说明书

本发明公开一种对流层臭氧廓线计算方法，解决现有方法对流层臭氧含量反演精度差的问题。所述方法包含：获取数据样本，建立数据库，包含：WOUDC、ERA5、OMI和AIRS数据；利用所述数据库，采用长短期记忆网络模型进行训练，得到臭氧廓线模型：将数据库中的压强、臭氧柱总量、时间、经度、纬度、位势涡度、温度、比湿、垂直速度、相对涡度、风的散度、东风、北风、相对湿度、云覆盖率、辐亮度、AIRS天顶角、AIRS方位角、AIRS太阳天顶角、表观反射率、OMI天顶角、OMI方位角、OMI太阳天顶角、OMI太阳方位角作为模型的输入参数，臭氧廓线作为输出参数，修改模型的迭代次数和训练批大小，得到所述臭氧廓线模型。本发明实现了对流层臭氧含量的高精度预测。

技术领域

本发明涉及大气环境遥感研究领域，尤其涉及一种对流层臭氧廓线计算方法。

背景技术

现有的卫星臭氧反演方法主要分为紫外臭氧反演和热红外臭氧反演，热红外传感器仅对对流层中上部敏感，对流层下部的信息大都来自于先验信息，而且反演精度较差有待提高；紫外散射光谱受地表反射率、吸收性沙尘气溶胶等因素的影响，引起反演误差，而且紫外对臭氧垂直分布信息有限，所以很少利用紫外信息去反演对流层臭氧廓线；现有紫外和热红外联合最优化反演模型并不能解决紫外的地表反射率和吸收线波段依赖性以及红外的温度误差带来的反演不确定性，该反演模型对提高对流层臭氧的信息自由度有部分作用，但是对提高反演精度改进不大。

发明内容

本发明提供一种对流层臭氧廓线计算方法，解决现有方法对流层臭氧含量反演精度差的问题。

为解决上述问题，本发明具体是这样实现的：

本发明实施例指出一种对流层臭氧廓线计算方法，包含以下步骤：获取数据样本，建立数据库，所述数据样本包含：WOUDC(World Ozone and Ultraviolet Radiation DataCentre，世界臭氧和紫外线辐射数据中心)臭氧数据、ERA5气象数据、OMI紫外数据和AIRS热红外数据；利用所述数据库，采用长短期记忆网络模型进行训练，得到臭氧廓线模型：将所述数据库中的压强、臭氧柱总量、时间、经度、纬度、位势涡度、温度、比湿、垂直速度、相对涡度、风的散度、东风、北风、相对湿度、云覆盖率、辐亮度、AIRS天顶角、AIRS方位角、AIRS太阳天顶角、表观反射率、OMI天顶角、OMI方位角、OMI太阳天顶角、OMI太阳方位角作为模型的输入参数，将所述数据库中的臭氧廓线作为模型的输出参数，修改模型的迭代次数和训练批大小，当模型的输出参数与所述数据库中对应的臭氧廓线均方误差最小时，得到所述臭氧廓线模型。

优选地，所述利用所述数据库，采用长短期记忆网络模型进行训练，得到臭氧廓线模型的步骤进一步包含：从所述数据库中选取预设比例的数据作为训练数据，剩余数据作为验证数据；采用长短期记忆网络模型，利用所述训练数据进行训练，利用所述验证数据进行验证，修改模型的迭代次数和训练批大小，当训练误差与验证误差之和最小时，得到所述臭氧廓线模型，所述训练误差为所述训练数据的输出参数与对应的臭氧廓线的均方误差，所述验证误差为所述验证数据的输出参数与对应的臭氧廓线的均方误差。

优选地，所述方法还包含：对所述数据库中的数据去除无效值后再进行归一化，所述无效值为臭氧廓线为空值和NAN的数据。

优选地，所述获取数据样本，建立数据库的步骤，进一步包含：获取所述数据样本；以所述WOUDC臭氧数据中的全球站点经度、纬度和时间为基准，对所述ERA5气象数据、OMI紫外数据和AIRS热红外数据进行匹配，得到匹配的数据样本。

进一步地，所述WOUDC臭氧数据选取100hpa至近地面的臭氧廓线。

进一步地，所述AIRS热红外数据为臭氧9.6微米附近吸收通道的辐射数据。

进一步地，所述OMI紫外数据为310～340nm之间的数据。

进一步地，所述迭代次数为200次，所述训练批大小为72。