[发明专利]基于夜光灯光遥感数据的夜间PM2.5浓度监测方法

说明书

本发明公开了一种基于夜光灯光遥感数据的夜间污染物浓度监测方法，包括：提取传感器接收的DNB辐射亮度、云覆盖、月相角、卫星天顶角和卫星过境时间共5种数据集；对提取的数据集中的数据进行预处理；根据卫星过境时间取与之相邻的前后两个整点时刻PM_2.5站点观测数据进行线性插值，得到卫星过境时刻的PM_2.5浓度；对卫星过境时刻的PM_2.5浓度进行湿度订正；基于辐射传输理论分析遥感传感器接收的夜间灯光辐射与PM_2.5浓度之间的关系，将夜间地表光辐射传输方程。本发明能够对夜间大气环境进行监测，反映夜间大气污染的精细空间分布格局，为夜间大气环境监测与管理提供技术支撑。

技术领域

本发明涉及夜间大气环境监测技术领域，具体而言涉及一种基于夜光灯光遥感数据的夜间PM2.5浓度监测方法。

背景技术

PM_2.5是大气污染的主要因子之一，对大气环境有重要影响，导致能见度下降，诱发呼吸系统疾病、心血管疾病和神经退行性疾病等，严重危害人体健康。获取PM_2.5浓度的准确空间分布，能够为大气污染控制与治理提供有效的数据支撑。地面空气质量站点是监测PM_2.5的常用手段，但观测站点数量有限且分布不均，难以描述PM_2.5浓度在空间上的精细分布。卫星遥感可以获取空间连续且广域的大气环境信息，是对地面观测数据的有效补充。现已有很多研究根据白天卫星遥感数据反演的气溶胶光学厚度（Aerosol optical depth，AOD）监测白天PM_2.5。然而，PM_2.5存在明显的日周期变化特性，夜间PM_2.5浓度随人类活动和气象因素的变化呈现出与白天不同的空间分布特征，遥感估算的白天PM_2.5数据无法准确反映夜间大气污染的空间格局。

夜光遥感的发展为监测夜间PM_2.5浓度提供了可能。大气中的颗粒物会影响夜间地表灯光在大气中的辐射传输过程，卫星传感器接收的夜间灯光辐射信号包含了大气的影响，因此可以从夜间灯光遥感数据推算夜间PM_2.5浓度。已有少数研究在基于夜间灯光数据监测夜间PM_2.5浓度方面进行了探索。主要的思路是以站点观测PM_2.5浓度为因变量，以夜间灯光遥感辐射为主要自变量，结合水汽等气象环境变量，运用多元线性回归、支持向量机等统计方法构建夜间PM_2.5浓度经验模型。但是，现有的研究从夜间灯光遥感数据估算PM_2.5浓度只考虑了大气对遥感影像当前像元夜间灯光辐射导致的直接衰减，没有考虑周围背景像元夜间灯光辐射散射补偿的影响，在估算夜间PM_2.5浓度，尤其是较暗区域的PM_2.5时会导致较大误差。另外，现有的研究直接运用统计方法拟合PM_2.5浓度和夜间灯光遥感数据等变量之间的经验关系，缺乏物理机制的支撑，普适性较差。

发明内容

本发明针对现有技术中的不足，提供一种基于夜光灯光遥感数据的夜间PM2.5浓度监测方法，基于辐射传输方程深入分析了夜间PM_2.5浓度与遥感传感器接收的灯光辐射之间的关系，在对辐射传输方程进行简化的基础上构建综合考虑像元直接灯光辐射和背景散射灯光辐射的夜间PM_2.5遥感监测模型，相比于只考虑像元直接灯光辐射更加合理。本发明的实验结果表明本发明提出的方法比现有方法精度明显提高。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明实施例提出了一种基于夜光灯光遥感数据的夜间PM2.5浓度监测方法，所述监测方法包括以下步骤：

S1，从NPP/VIIRS夜间灯光影像数据中提取传感器接收的DNB辐射亮度、云覆盖、月相角、卫星天顶角和卫星过境时间共5种数据集；