专利名称：基于环境一号卫星的陆地气溶胶光学厚度反演方法
技术领域：
本发明涉及大气遥感技术领域，尤其涉及一种基于环境一号卫星的陆地气溶胶光 学厚度反演方法。
背景技术：
卫星遥感气溶胶的研究始于上世纪七十年代中期，在上个世纪最后的30多年里， 用于研究和形成业务化使用的卫星遥感气溶胶包括在火山喷发气溶胶监测、Ν0ΑΑ，美国国 家海洋和大气管理局)系列卫星对深海上空来自沙尘暴和森林火灾造成的气溶胶层光学 厚度遥感、红外遥感沙尘性气溶胶遥感、TOMS紫外波段对吸收性气溶胶的遥感等几个方面。 美国地球观测系统计划(EOS) Terra和Aqua携带的中分辨率成像光谱仪(MODE)对全球发 布了 10千米气溶胶光学厚度的全球分布产品；法国自1996年起推动了 POLDER(偏振多角 度)相机探测海洋和陆地气溶胶的研究。到目前为止，利用卫星遥感气溶胶已经形成了一 定的全球气溶胶探测体系。目前的卫星遥感陆地气溶胶反演算法多为暗目标算法，该方法多利用短波红外波 段识别暗目标并获得地表反射率进而反演得到气溶胶，但是短波红外波段数据的获得复 杂，需对观测卫星的遥感传感器的要求很高，需进行特殊的波段设置，另一方便也导致其成 本的增加。

发明内容
(一 )要解决的技术问题本发明要解决的技术问题是提供一种基于环境一号卫星的可快速、方便的实现 大范围的陆地气溶胶监测的陆地气溶胶光学厚度反演方法。( 二 )技术方案为解决上述问题，本发明提供了一种基于环境一号卫星的陆地气溶胶光学厚度反 演方法，该方法包括步骤Si.根据环境一号HJ-1A/B星的CXD相机的特征，模拟各像元的观测几何、大气状 况，进行辐射传输计算，获得相应的大气参数，存储于数据文件中形成查找表；S2.根据环境一号HJ-1A/B星的C⑶数据的辅助数据，提取各像元的观测天顶角以 及观测方位角，并计算太阳天顶角以及太阳方位角，获得各像元的观测几何；S3.对环境一号HJ-1A/B星的CXD数据进行如下预处理辐射定标获得相机各波 段的表观反射率、去除云覆盖像元、以及海陆分离提取陆地像元；S4.利用暗目标算法获得各波段地表反射率信息，将所述查找表插值到各像元的 观测几何，，根据经过预处理得到的表观反射率计算不同陆地气溶胶光学厚度下的地表反 射率，拟合得到陆地气溶胶光学厚度。其中，步骤Sl进一步包括Si. 1设定不同的观测情况9个太阳天顶角，12个观测天顶角，16个相对方位角，气溶胶模式为大陆型气溶胶，相对于0. 55 μ m波长处的气溶胶光学厚度设为6个等级，查找 表计算的波段为环境一号HJ-1A/B星的CXD的蓝波段以及红波段，海拔设置为0m，所述相对 方位角为太阳方位角与观测方位角之差；Si. 2调用辐射传输模式进行模拟运算，得到相应的大气程辐射、大气整层双程透 过率、大气向下的半球反射率的三个参数，并存储在数据文件中形成查找表。其中，步骤S2进一步包括S2. 1根据环境一号HJ-1A/B星的CXD数据中的几何定位信息，计算每个像元的经 纬度，得到太阳天顶角和太阳方位角，太阳天顶角93为cos θ s = sin (Iat) sin δ +cos (Iat) cos δ cost其中，Iat为地理纬度，δ为太阳光与地球赤道平面的夹角，t为太阳的时角，定义 纬地方时12点的时间为0，6点时为- π /2，18点时为π /2 ；太阳方位角Φ为
sin cos^ = \ η{π /2 - θ)\ η{ α --------；
cos(^/2 - θ) cosylat)S2. 2根据环境一号HJ-1A/B星的C⑶数据的辅助数据中的观测方位角以及所述太 阳方位角，计算所述相对方位角。其中，在步骤S3中，所述辐射定标获得表观反射率的方法包括步骤S3. 11从所述辅助数据中读取辐射定标系数g和Ltl，将遥感影像像元亮度DN值转 换为表观辐亮度L L = DN/g+L0S3. 12根据所述太阳天顶角θ s，将所述表观辐亮度归一化为各波段的表观反射 率
τ ^P =--—
cos^其中，Ελ为大气层顶太阳辐照度；其中，在步骤S3中，所述去除云覆盖像元时，选取0.2作为云去除阈值。其中，在步骤S3中，所述海陆分离提取陆地像元是通过借助归一化植被指数NDVI 阈值实现的=
Pnir + Pred其中，P*和Pred分别表示环境一号HJ-1A/B星的C⑶近红外波段和红波段的地 表反射率，判断标准为水体的NDVI小于0，土壤的NDVI为0. 1，植被的NDVI大于0. 3。其中，步骤S4进一步包括S4. 1使用NDVI识别出暗目标浓密植被；S4. 2将所述查找表插值到各像元的观测几何，得到不同陆地气溶胶光学厚度下插 值后的大气参数；S4. 3根据步骤S3. 12中得到的蓝波段和红波段的表观反射率以及下式
权利要求
1.一种基于环境一号卫星的陆地气溶胶光学厚度反演方法，其特征在于，该方法包括 步骤s1.根据环境一号HJ-1A/B星的CCD相机的特征，模拟各像元的观测几何、大气状况，进 行辐射传输计算，获得相应的大气参数，存储于数据文件中形成查找表；s2.根据环境一号HJ-1A/B星的CCD数据的辅助数据，提取各像元的观测天顶角以及观 测方位角，并计算太阳天顶角以及太阳方位角，获得各像元的观测几何；s3.对环境一号HJ-1A/B星的CCD数据进行如下预处理辐射定标获得相机各波段的 表观反射率、去除云覆盖像元、以及海陆分离提取陆地像元；s4.利用暗目标算法获得各波段地表反射率信息，将所述查找表插值到各像元的观测 几何，根据经过预处理得到的表观反射率计算不同陆地气溶胶光学厚度下的地表反射率， 拟合得到陆地气溶胶光学厚度。
2.如权利要求1所述的基于环境一号卫星的陆地气溶胶光学厚度反演方法，其特征在 于，步骤Sl进一步包括Si. 1设定不同的观测情况9个太阳天顶角，12个观测天顶角，16个相对方位角，气溶 胶模式为大陆型气溶胶，相对于0. 55 μ m波长处的气溶胶光学厚度设为6个等级，查找表计 算的波段为环境一号HJ-1A/B星的CXD的蓝波段以及红波段，海拔设置为0m，所述相对方位 角为太阳方位角与观测方位角之差；s1.2调用辐射传输模式进行模拟运算，得到相应的大气程辐射、大气整层双程透过率、 大气向下的半球反射率的三个参数，并存储在数据文件中形成查找表。
3.如权利要求2所述的基于环境一号卫星的陆地气溶胶光学厚度反演方法，其特征在 于，步骤S2进一步包括s2.1根据环境一号HJ-1A/B星的CXD数据中的几何定位信息，计算每个像元的经纬度， 得到太阳天顶角和太阳方位角，太阳天顶角θ s为
4.如权利要求3所述的基于环境一号卫星的陆地气溶胶光学厚度反演方法，其特征在 于，在步骤S3中，所述辐射定标获得表观反射率的方法包括步骤s3.11从所述辅助数据中读取辐射定标系数g和Ltl，将遥感影像像元亮度DN值转换为 表观辐亮度L S3. 12根据所述太阳天顶角θ s，将所述表观辐亮度归一化为各波段的表观反射率其中，Ελ为大气层顶太阳辐照度；
5.如权利要求4所述的基于环境一号卫星的陆地气溶胶光学厚度反演方法，其特征在 于，在步骤S3中，所述去除云覆盖像元时，选取0.2作为云去除阈值。
6.如权利要求5所述的基于环境一号卫星的陆地气溶胶光学厚度反演方法，其特征在 于，在步骤S3中，所述海陆分离提取陆地像元是通过借助归一化植被指数NDVI阈值实现 的
7.如权利要求6所述的基于环境一号卫星的陆地气溶胶光学厚度反演方法，其特征在 于，步骤S4进一步包括S4. 1使用NDVI识别出暗目标浓密植被；S4. 2将所述查找表插值到各像元的观测几何，得到不同陆地气溶胶光学厚度下插值后 的大气参数；S4. 3根据步骤S3. 12中得到的蓝波段和红波段的表观反射率以及下式
8.如权利要求1-7任一项所述的基于环境一号卫星的陆地气溶胶光学厚度反演方法， 其特征在于，所述环境一号HJ-1A/B星的C⑶数据为经过几何校正的蓝、绿、红、近红外四个 波段，所述环境一号HJ-1A/B星的CXD数据的辅助数据包括包含标定系数、过境时间辅助 信息的ml文件，以及包含观测几何的文本文件。
全文摘要
本发明公开了一种基于环境一号卫星的陆地气溶胶光学厚度反演方法，该方法包括步骤S1.模拟观测几何、大气状况，进行辐射传输计算，获得大气参数，形成查找表；S2.根据辅助数据，提取各像元的观测天顶角以及方位角，并计算太阳天顶角以及方位角，获得观测几何；S3.对HJ-1A/B星的CCD数据进行预处理；S4.利用暗目标算法获得各波段地表反射率信息，将查找表插值到各像元的观测几何，根据经过预处理得到的表观反射率计算不同陆地气溶胶光学厚度下的地表反射率，然后拟合得到陆地气溶胶光学厚度。本发明的方法能够快速、方便的实现大范围的陆地气溶胶监测，为颗粒物污染监测提供了数据源。
文档编号G01S7/48GK102103204SQ20111002919
公开日2011年6月22日 申请日期2011年1月26日 优先权日2011年1月26日
发明者厉青, 周春艳, 张丽娟, 杨幸, 段文举, 毛慧琴, 王中挺, 王子峰, 王桥, 陈辉, 黄陆雄 申请人:环境保护部卫星环境应用中心