[发明专利]一种浑浊水域气溶胶光学厚度与浑浊度的反演算法

说明书

本发明属于卫星遥感技术领域，具体为一种浑浊水域气溶胶光学厚度与浑浊度的反演算法。本发明方法利用在浑浊水域近红外波段(0.86μm)的离水辐射(WLR)不再近似为0，而短波近红外波段(2.1μm)处的WLR可近似为0这一特点，选取2.1μm通道来反演气溶胶光学厚度，通过海洋双向反射分布函数(BRDF)模式来定义浑浊度，从而代替传统的近红外波段大气校正的方法来研究泥沙量，使用0.86μm通道来反演出浑浊度，从而建立浑浊度与泥沙量之间的关系。本发明算法可以填补以及改进沿海区域卫星遥感的AOD产品，同时可以反映出沿海区域的泥沙量浓度，具有重要的实际应用意义。

技术领域

本发明属于卫星遥感技术领域，具体涉及浑浊水域气溶胶光学厚度与浑浊度的反演算法。

背景技术

气溶胶光学厚度(AOD)是气溶胶最重要的参数之一，代表着介质的消光系数在垂直方向上的积分，它可以表征大气的环境质量和混浊程度。当前AOD的监测主要有地基观测和卫星遥感两种手段。地基观测方法主要使用太阳光度计进行测量。然而地面监测往往只能得到站点周围的信息，没有大范围的整体观测数据，并且地面站点的数量及分布也受到限制。但是气溶胶卫星遥感反演就不存在这些问题，并且空间分辨率高、探测范围广、精度更高、获取数据快(Wei et al.,2019)。近年来，随着遥感卫星技术的发展，对于大气气溶胶的反演研究不断深入；定量反演气溶胶光学厚度也取得了很大的进展，同时气溶胶的精确反演也对于研究气候变化与空气污染防治做出了重大的贡献。

现有气溶胶卫星反演算法都是针对不同地表类型和气溶胶类型组成的不同，以不同的原理来对气溶胶进行反演。目前，AOD反演算法主要有：暗像元法、深蓝算法、SARA算法、结构函数法、多角度遥感法、双星协同法、偏振特性遥感等。其中暗目标算法又称为浓密植被算法，其核心原理是植被覆盖地区的红光波段的地表反射率和蓝光波段的地表反射率与短波近红外波段的地表反射率存在一定的线性关系(Remer et al.,2008)。深蓝算法主要选取蓝光波段作为工作波段(Hsu et al.,2006)。深蓝算法是利用在蓝波段大气反射较强，地表反射较弱的特点，并假设同期的地表反射率不变，将晴天的地表反射率代入公式反演气溶胶。SARA算法在设定地表为朗伯体、近似单次散射和气溶胶单次散射率(SingleScattering Albedo，SSA)及不对称因子(Asymmetry Factor，AF)不存在空间变化前提条件下，引入大气后向散射率、气溶胶散射相函数的近似表达函数(Bilal,Nichol,Chan,2014)。结构函数方法反演AOD的实质就是先找到该地区的地表反射率的分布规律。假设分布规律保持不变，则表观反射率的空间变化认为是大气气溶胶光学厚度产生的贡献，从而反演出气溶胶光学厚度(Tanre et al.,1988)。

为了方便对水色遥感的研究，根据水体中悬浮和溶解物对水体光学属性影响不同，Morel和Prieur(1977年)把海洋水体分为一类和二类水体，一类水体主要指光学属性变化基本来自于浮游植物影响的水体，通常呈深蓝色，例如大洋。而二类水体不仅受浮游植物和相关的颗粒影响，还受到悬浮颗粒和沉积物的影响，对于一些近海浑浊水域，目前利用卫星遥感技术反演AOD卫星是一个很大的挑战。浑浊水域主要指近岸、河口等受陆源物质排放影响较为严重的地方。作为最主要的气溶胶卫星遥感数据源之一的MODIS产品反演陆地与海洋Ⅰ类水体AOD算法较多而且比较成熟，但是现有的算法都无法反演Ⅱ类水体的气溶胶参数。