[发明专利]一种低信噪比下的卫星遥感大气甲醛斜程总量监测方法

权利要求书

1.一种低信噪比下的卫星遥感大气甲醛斜程总量监测方法，其特征在于，具体步骤为：

(1)实时模拟星载光谱仪狭缝函数：

(1.1)选取参考光谱：获取卫星光谱文件，从中读取卫星观测的地球反照度光谱，并储存到数据集里，从数据集里提取气体吸收较弱的远洋地区范围为西经180°到西经140°和南纬5°至北纬5°的无报错标记的光谱，进行平均，并把平均的光谱作为参考光谱；

(1.2)获取星载光谱仪的响应函数：采用在轨自适应拟合方法获得仪器响应函数；具体作法为：基于朗伯比尔定律，把高分辨率的太阳光谱和假设非对称性高斯型的响应函数的卷积作为初始光强，考虑远洋地区强吸收气体的吸收、氧气和氮气对太阳光的拉曼散射、瑞利散射和米散射因素，模拟远洋地区卫星接收到的光谱：

其中λ为波长，S_h(λ)为高分辨率的太阳光谱，F(λ)为未知的非对称性高斯型狭缝函数，a、b、c_i和d_j为拟合系数，σ_R(λ)为氧气和氮气对太阳光的拉曼散射结构，两个多项式和表示大气中气溶胶、云的散射过程，E_n(λ)和E_o(λ)表示大气传输中的二氧化氮和臭氧气体的吸光度，描述为：

σ为二氧化氮和臭氧的吸收结构，c为二氧化氮或臭氧气体浓度，L为光程，λ′为假设波长偏移变形之后的波长，表示为：

A_b为波长拉伸量，A_s波长偏移量，为反演波段的平均波长；远洋地区的模拟光谱和观测光谱进行非线性最小二乘法拟合，获得仪器响应函数、波长拉伸和波长偏移；

(2)计算甲醛差分斜程总量；

(3)计算甲醛斜程总量：

(3.1)选择最优甲醛反演波段：基于我国高分五号卫星的甲醛最优反演波段为326.5-356nm；

(3.2)扣除甲醛差分斜程总量中的异常值；步骤(2)得到的全球差分斜程总量会出现明显的条状的异常值，即出现条带现象，予以扣除，得到甲醛差分斜程总量；

(3.3)计算甲醛斜程总量：在步骤(1 )中公式(1)创建模拟光谱时选用的参考光谱作为远洋地区平均的光谱，参考光谱里仍有少量甲醛吸收，所以，通过步骤(3.2)得到的为甲醛差分斜程总量，需要通过背景值校正，将差分斜程总量转换为斜程总量。

2.根据权利要求1所述的低信噪比下的卫星遥感大气甲醛斜程总量监测方法，其特征在于，步骤(2)中所述计算甲醛差分斜程总量，具体做法为：首先将高分辨率的气体吸收结构和狭缝函数卷积获得和光谱仪的光谱分辨率相当的吸收结构，基于朗伯比尔定律，以步骤(1)得到的参考光谱作为初始光强，将卷积之后的干扰气体及甲醛吸收结构作为大气传输过程中的吸收项,用以下公式模拟卫星每个像元接收到的光强：

其中,I_s为模拟的光强，I₀为初始光强,σ′_R(λ)为卷积之后的拉曼结构，a、b、c_i和d_i为未知的拟合系数,并未直接选用公式(1)的拟合结果；E_i′(λ)为干扰气体臭氧、二氧化氮、氧化溴和四聚氧吸光度和甲醛的吸光度，当表示为甲醛的吸光度时，E_i′(λ)即为E(λ)，用公式(2)表示；相比于甲醛，其他干扰气体为强吸收气体，吸收强度随波长变化，为了表征该特征，干扰气体的吸光度计算公式修 改为：

其中，σ′为卷积后的干扰气体的吸收结构，S₀、S_λ和S_σ为拟合系数,L为光程；卫星每个像元模拟的光强和实测的光强进行最小二乘法拟合，获得甲醛浓度c，从而获得甲醛差分斜程总量：