[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

说明书

本发明属于空气质量监测技术领域，具体为一种低信噪比下的卫星遥感大气甲醛斜程总量监测方法。本发明方法包括：从卫星光谱文件中提取特定远洋地区的平均光谱作为参考光谱，考虑强吸收性气体吸收进行在轨自适应定标，获得实时仪器响应函数；再以参考光谱作为初始光强，表征干扰气体吸收随波长变化的特征，计算获得甲醛差分斜程总量：再从甲醛差分斜程总量中扣除异常值得到甲醛斜程总量。本发明方法针对我国首颗星载光谱仪EMI低信噪比及运行状态不佳的情况，提出了一种大气甲醛斜程总量遥感技术，和未使用本发明方法的结果相比，反演误差大大减小。

技术领域

本发明属于空气质量监测技术领域，具体地涉及一种低信噪比下的卫星遥感大气甲醛斜程总量监测方法。

背景技术

甲醛在大气光化学反应中扮演着重要角色，甲醛是大气氧化剂的重要来源，是形成臭氧污染的关键活性组分。甲醛也被世界卫生组织确定为对人类致癌的大气污染物。大气甲醛的观测对臭氧污染的防治以及保护人类健康有重要意义。然而现有的地面监测仅局限于单个位置，无法实现对大气甲醛长时间大范围的连续观测。基于卫星的遥感技术可以弥补地面监测的不足。但是卫星对大气中甲醛敏感性较差，卫星接收到的信号又易受到大气中干扰性气体、气溶胶、云、地表等的影响，使得卫星遥感甲醛难度较大。对于我国首颗星载光谱仪EMI，其在轨运行状态不佳，仪器信噪比低导致甲醛的反演难上难。本发明方法针对星载光谱仪出现信噪比低的问题，提出了一种低信噪比下的卫星遥感大气甲醛斜程总量监测方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种低信噪比下的卫星遥感大气甲醛斜程总量监测方法。

本发明提供在星载光谱仪信噪比较低的情况下卫星遥感大气甲醛斜程总量监测方法，具体步骤为：

(1)由于星载光谱仪在轨运行受到空间温度等状态的影响，固定的狭缝函数满足不了大气甲醛反演的需求，需要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：西经180°到西经140°和南纬5°至北纬5°)(参考光谱的选择标准是大气气体的吸收最弱，远洋地区气体浓度小，吸收弱。我们经过测试得到这个范围适合不同的卫星)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；如图1所示。

(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[Chance,K.and Kurucz,R.L.Animproved high-resolution solarreference spectrum for earth’s atmospheremeasurements in theultraviolet,visible,and near infrared,J.Quant.Spectrosc.Ra.,111,1289–1295]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(如臭氧和二氧化氮)的吸收、氧气和氮气对太阳光的拉曼散射、瑞利散射和米散射等因素，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、云等粒子的散射过程，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，可描述为：

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，可表示为：