[发明专利]基于高分五号卫星紫外可见高光谱的大气污染成分反演方法

权利要求书

1.一种基于高分五号卫星紫外可见高光谱的大气污染成分反演方法，其特征在于，包括：

获取高分五号卫星的紫外和可见光通道的高光谱数据集，利用其中的太阳辐照度数据对地球辐亮度进行归一化，并得到卫星视角下观测的大气顶的反照率光谱；

根据大气中太阳光的指数消光特性，结合大气顶的反照率光谱，构建线性化形式的辐射传输模型；

基于辐射传输模型通过线性化拟合的方式，反演出痕量气体的斜柱浓度；

对上述方案进行优化，通过二次定标来获得反演结果，步骤包括：对高光谱数据集中的光谱波长和仪器响应函数进行参数化标定，获得二次标定后的地球辐亮度，并利用二次定标后的地球辐亮度计算新的大气顶的反照率光谱，作为大气顶的反照率的高分五号实测光谱；再利用辐射传输模拟值，对大气顶的反照率的高分五号实测光谱进行辐射量的线性修正，得到修正后的大气顶的反照率光谱；从各痕量气体中选取吸收强度满足设定要求的光谱波段，再结合修正后的大气顶的反照率光谱在选定的光谱波段中进行光谱拟合，反演出痕量气体的斜柱浓度。

2.根据权利要求1所述的一种基于高分五号卫星紫外可见高光谱的大气污染成分反演方法，其特征在于，大气顶的反照率光谱R计算公式为：

其中，λ对光谱对应的波长，θ为太阳天顶角，I为地球辐亮度，E为太阳辐照度数据，π为圆周率。

3.根据权利要求1或2所述的一种基于高分五号卫星紫外可见高光谱的大气污染成分反演方法，其特征在于，辐射传输模型的公式为：

其中，λ对光谱对应的波长，R(λ)为大气顶的反照率光谱，σ_i(λ)为痕量气体的吸收截面，S_i为气体的斜柱浓度，为卷积符号，L(λ)为高分五号的仪器响应函数，i为痕量气体中的气体种类，p(λ)为用来代表大气中光的瑞利散射、米散射、和云与地面的反射效应的多项式。

4.根据权利要求1所述的一种基于高分五号卫星紫外可见高光谱的大气污染成分反演方法，其特征在于，所述对高光谱数据集中的光谱波长和仪器响应函数进行参数化标定，获得二次标定后的地球辐亮度包括：

引入参数Δ_λ代表波长λ的偏移量，a_j(λ-λ_c，j)代表相对于第j个波长窗口中心波长λ_c，j的拉伸量，a_j为拉伸系数；

在光谱反演前，太阳原始光谱I₀和痕量气体的吸收截面都需要卷积高分五号的仪器响应函数，通过在第j个波长窗口构建参数化的超高斯函数L_j对仪器响应函数进行模拟，表示为：

其中，ω和k分别为宽度和形状因子，Г为伽马函数；

最终得到二次标定后的地球辐亮度：

其中，L_j为第j个波长窗口的仪器函数。

5.根据权利要求1所述的一种基于高分五号卫星紫外可见高光谱的大气污染成分反演方法，其特征在于，修正大气顶的反照率光谱的步骤包括：

将大气顶的反照率的高分五号实测光谱R′(λ)与辐射传输模拟值R_m(λ)进行对比；

根据两者的差异对大气顶的反照率的高分五号实测光谱进行辐射量的线性修正，修正系数通过最小化方差χ²得到：

其中，a与b为线性修正系数，δ_R为估计的辐亮度噪声；a·R′(λ)+b为即为修正后的大气顶的反照率光谱。

6.根据权利要求1所述的一种基于高分五号卫星紫外可见高光谱的大气污染成分反演方法，其特征在于，该方法还包括：利用模拟得到的有效光程M将痕量气体的斜柱浓度S转化为垂直柱浓度V：V＝S/M。