[发明专利]平流层臭氧侵入对流层中低层的卫星遥感识别方法及系统

说明书

本发明公开了一种平流层臭氧侵入对流层中低层的卫星遥感识别方法及系统，该方法及系统中利用紫外和热红外高光谱卫星遥感数据反演大尺度空间范围的臭氧垂直廓线，同时利用热红外高光谱数据同时反演获取一氧化碳和相对湿度垂直廓线数据，考虑一致性问题，利用热红外高光谱数据同时反演臭氧、一氧化碳和相对湿度垂直廓线，再结合地面监测站点数据和位涡垂直分布情况，精准判别平流层臭氧侵入对流层中低层事件，为近地面臭氧成因分析和污染治理提供数据支撑。

技术领域

本发明涉及臭氧检测领域，具体涉及一种平流层臭氧侵入对流层中低层的卫星遥感识别方法及系统。

背景技术

大气层中，90％的臭氧集中于平流层，形成了一个保护层，减少太阳到达地球表面的紫外辐射，10％的臭氧存在于对流层中。因此要分析区域臭氧污染成因，控制近地面臭氧浓度，除了考虑本地排放外，还要监测大尺度空间氛围的臭氧浓度等垂直分布情况，进一步识别和判断平流层臭氧侵入对流层中低层的影响。

高温、低湿和风速较小环境，有利于臭氧生成，同时平流层臭氧侵入对流层，一般伴随着低相对湿度、高一氧化碳和高位涡表征的平流层“折叠”过程，严重情况下会引发地面监测点臭氧浓度超标，因此识别平流层臭氧侵入对流层中低层事件，仅靠单一的臭氧垂直廓线指标无法判断，结合低一氧化碳浓度和低相对湿度，包括气象条件等来综合判断，可提高对平流层臭氧侵入事件判断的准确率。但目前由于地面空气质量监测站点缺少臭氧、一氧化碳和相对湿度的垂直廓线数据，地基遥感和探空资料稀缺，覆盖范围不足，模式模拟在对流层中低层误差较大，因此都无法做出精准判别。

目前只能用地面空气质量站点监测数据，少量的地基遥感和探空资料以及大气模式等再结合气象条件来判断平流层臭氧侵入对流层过程，但是由于地面空气质量站点监测缺少臭氧垂直廓线数据，包括在平流层臭氧侵入过程中，具有反相关系的一氧化碳和相对湿度垂直廓线数据；地基遥感和探空资料虽然可以探测臭氧浓度垂直分布情况，但由于观测资料稀缺，空间分布不均匀，无法覆盖大尺度范围，所以目前还没有完善的系统及方法能够切实准确地识别和判断出何时何地是否出现平流层臭氧侵入对流层中低层的事件。

由于上述原因，本发明人对现有的臭氧检测分析系统及方法做了深入研究，以期待设计出一种能够解决上述问题的方法及系统。

发明内容

为了克服上述问题，本发明人进行了锐意研究，设计出平流层臭氧侵入对流层中低层的卫星遥感识别方法及系统，该方法及系统中利用紫外和热红外高光谱卫星遥感数据反演大尺度空间范围的臭氧垂直廓线，同时利用热红外高光谱数据同时反演获取一氧化碳和相对湿度垂直廓线数据，考虑一致性问题，利用热红外高光谱数据同时反演臭氧、一氧化碳和相对湿度垂直廓线，再结合地面监测站点数据和位涡垂直分布情况，精准判别平流层臭氧侵入对流层中低层事件，为近地面臭氧成因分析和污染治理提供数据支撑，从而完成本发明。

具体来说，本发明的目的在于提供以一种平流层臭氧侵入对流层中低层的卫星遥感识别方法，该方法包括如下步骤：

步骤1，根据热红外高光谱数据反演臭氧垂直廓线、一氧化碳垂直廓线和相对湿度垂直廓线，

步骤2，根据反演结果做一级侵入指数判断，

步骤3，若步骤2中初步判断为臭氧侵入，则调取臭氧日最大8小时平均浓度和位涡垂直分布数据进行二级侵入判断。

其中，步骤1中，臭氧垂直廓线、一氧化碳垂直廓线和相对湿度垂直廓线根据同一组热红外高光谱数据进行同步反演，在该同步反演过程中，通过构建目标函数J，在先验误差协方差矩阵和观测噪声协方差矩阵的限定下，以迭代的方式逐步逼近真值。

其中，在所述步骤2的一级侵入指数判断中，若同时满足：在气压500hpa的高度层上方，每一层高度的臭氧浓度都大于 75ppb，每一层高度的一氧化碳浓度都小于110ppb，且每一层高度的相对湿度都小于35％，则初步判断为臭氧侵入；否则判断为未发生臭氧侵入。