[发明专利]一种基于气象卫星光谱成像仪的快速辐射传输方法及系统

说明书

本发明公开了一种基于气象卫星光谱成像仪的快速辐射传输方法及系统，涉及大气辐射与卫星遥感技术领域，分别针对气象卫星成像仪的各个卫星通道，通过计算获得各个卫星通道分别所对应的大气透过率计算模型、双向反射分布函数BRDF、双向透射分布函数BTDF、以及各类型地表的反照率，进一步获得各个卫星通道的大气顶部反射率、以及亮温值。通过本发明的技术方案，可以有效解决散射大气条件下辐射传输计算效率不高的问题，并充分考虑了我国风云气象卫星上搭载的星载成像仪光谱通道设计特点，能够有效实现对我国卫星先进光谱成像仪的模拟。

技术领域

本发明涉及大气辐射与卫星遥感技术领域，具体而言涉及一种基于气象卫星光谱成像仪的快速辐射传输方法及系统。

背景技术

针对卫星星载光谱成像仪所观测到的大气顶部反射率和亮温的数值模拟，是进行卫星反演产品开发、卫星资料同化等的重要基础，同时，这样的数值计算，也是开展有针对性的卫星辐射定标、卫星成像仪光谱通道选择、卫星轨道优化、数值模式资料评估以及指导卫星仪器的分析、设计和研发等的重要工具，有利于极大提高卫星观测资料的定量化应用水平。此外，这种大气辐射传输计算得到的分析产品，还能够为相关的算法研究提供模拟数据。卫星遥感已经成为当前及未来气象观测中最为重要的探测手段，我国的气象卫星整体上也已经达到国际先进水平，先进的光谱成像仪在时间、空间和光谱分辨率上都有显著的提高，这极大地提高了区域和全球天气、气候、环境等的监测能力，将在防灾减灾中发挥着不可替代的作用，这样高时空谱分辨率的卫星观测对大气辐射传输计算提出了更高的要求。在传统的大气辐射传输计算方法中，如严格的逐线积分、离散纵标、蒙特卡洛等方法，由于受到计算效率的限制，已经无法满足实际工作中高效的计算需求。同时，虽然近几年有一些快速辐射传输模式，如欧洲中期天气预报中心的RTTOV和美国卫星资料同化联合中心的CRTM模式，但这些模式在对辐射过程的处理，特别是对有云或气溶胶散射条件下的大气辐射传输模拟存在着许多明显的不足，在对数值模拟过程中，还存在精度准确率不高的问题，具体应用至我国风云气象卫星光谱成像仪中，现有的快速辐射传输模式在对我国风云气象卫星上搭载的星载成像光谱仪的光谱通道进行模拟过程中，与实际卫星观测结果还具有一定差异性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于气象卫星光谱成像仪的快速辐射传输方法及系统，以解决现有技术中的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

本发明的第一方面提出一种基于气象卫星光谱成像仪的快速辐射传输方法，分别针对气象卫星的各个卫星通道，执行如下步骤，收集卫星通道中所吸收的各种大气气体，进一步获得各个卫星通道的大气顶部反射率、以及亮温值：

步骤A、收集气象卫星中各卫星通道所吸收的各种大气气体，并获取各种大气气体所对应的光谱数据，基于卫星通道所吸收各种大气气体的光谱数据，提取该卫星通道所吸收各种大气气体的光谱数据的预设各类型的特征值，获取预设数量个预设大气压层和预设温度层，进而获得该卫星通道所吸收各种大气气体在各预设大气压层和各预设温度层下的吸收系数，随后进入步骤B；

步骤B、基于该卫星通道所吸收各种大气气体的光谱数据，分别针对各种大气气体，针对该卫星通道所吸收大气气体分别在不同预设大气压层、不同预设温度层下的吸收系数进行拟合，得到该卫星通道的拟合大气吸收系数、以及该卫星通道的大气透过率，构建并获得以该卫星通道所吸收各种大气气体分别所对应的光谱数据为输入，以该卫星通道的大气透过率为输出的大气透过率计算模型，随后进入步骤C；

步骤C、针对该卫星通道大气中的有云粒子和有气溶胶粒子，获得该卫星通道中有云粒子和有气溶胶粒子的通道散射特性，进而获得有云粒子和有气溶胶粒子的双向反射分布函数BRDF、以及双向透射分布函数BTDF，随后进入步骤D；

步骤D、将气象卫星所对应的地表作为朗伯体，收集包含各种地表类型的光谱数据，根据各地表类型对应的光谱数据对地表进行分类，获得不同地表类型的反照率，随后进入步骤E；