协同星载标量和偏振观测数据的气溶胶参数迭代反演方法技术

本发明专利技术提供了一种协同星载标量和偏振观测数据的气溶胶参数迭代反演方法。该方法基于气溶胶标量与偏振协同观测信息，通过构建细粒子偏振贡献量化模型，对表观反射率/表观偏振反射率中气溶胶粗细粒子贡献进行分解量化，构建约束对气溶胶模型中粗细粒子的组成进行迭代优化，实现气溶胶总光学厚度和细粒子比的高精度反演。本发明专利技术将两种反演方法结合，有利于地气解耦和弱化气溶胶模型预设偏差，提高了参数反演的效率和精度。数反演的效率和精度。数反演的效率和精度。

【技术实现步骤摘要】
协同星载标量和偏振观测数据的气溶胶参数迭代反演方法


[0001]本专利技术涉及气溶胶测量
，具体涉及一种协同星载标量和偏振观测数据的气溶胶参数迭代反演方法。

技术介绍

[0002]大气气溶胶是指悬浮在大气中固体和液体微粒与其载体共同组成的多相体系，直接影响气候变化与人类的生产生活。气溶胶对太阳辐射和地面长波辐射的吸收和散射作用影响了辐射平衡；又与云相互作用，改变了云的光学特性和维持时长，间接影响降水，进而对气候产生影响。除此之外，酸雨形成、雾霾天气出现、臭氧层破坏都与气溶胶自身的污染有害特征密切相关。大气中气溶胶含量的增加会导致大气能见度降低、环境污染问题加剧、人类身体健康受到侵害等问题。然而，气溶胶来源多变，成分复杂，时空分布不均，导致其气候效应及环境效应的定量评估极其困难。因此基于现有的探测手段，对气溶胶进行定量化高精度监测，可以为气候、环境等多领域提供必要的基础研究资料。
[0003]传统地面站点监测法难以满足当前各领域对大范围气溶胶实时动态监测信息的需求。被动式卫星探测被认为是当前最有效的获取全球气溶胶时空变化的方法。考虑到大气粒子散射的偏振特性中包含的粒子相态信息、辐射特性，当前的气溶胶探测器中往往会引入偏振观测以优化气溶胶信息的获取。国际上最具代表性的星载被动式气溶胶传感器是法国研制的POLDER系列及欧洲航空航天局研制的3MI系列。随着多领域对气溶胶信息的需求日益增长，近年来我国也有多个星载气溶胶被动式传感器投入运行，包括搭载于GF
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5号系列卫星、大气环境监测卫星及碳监测卫星的多角度偏振成像仪（DPC），HJ
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2系列卫星的偏振扫描大气校正仪（PSAC）等。其中，基于标量观测信息的反演气溶胶方法已十分成熟，但由于在标量探测中地表反射率受地表影响较大，地表贡献大于大气贡献，导致地气解耦困难。且标量信息对气溶胶粒子形态特征敏感性不足，模型预设正确性影响着气溶胶反演精度。偏振信息中包含的地表偏振信号弱、变化范围小，有利于解决地气解耦问题；同时，偏振信号对气溶胶粒子形态的敏感性也可以有效提升对复杂气溶胶模型的评估能力。然而，偏振信息对粗粒子敏感性较差，在实际反演中常忽略粗粒子对偏振反射率的贡献，用于气溶胶细粒子光学厚度的获取。
[0004]由上可得，在反演过程中假设条件的引入，分别给气溶胶光学厚度及气溶胶细粒子光学厚度的反演精度带来了误差，其中，气溶胶模型粗细粒子的假设是影响模型精度的重要因素。基于标量信息和基于偏振信息反演气溶胶信息的方式各有优势及侧重，协同标量数据和偏振数据的气溶胶反演方法可以为气溶胶模型准确性的优化及气溶胶多要素参数的获取提供新的思路。但是在通过标量和偏振通道观测信息的约束对粗细粒子组成进行识别时，由于混合态的粗细粒子对表观反射率/表观偏振反射率的贡献与粗细粒子单独存在时贡献的加和存在较大差异，需要对两者之间的作用进行考虑。
[0005]综上所述，现有技术中的反演过程存在如下缺陷：1、偏振反演中直接忽略气溶胶粗粒子贡献，对细粒子光学厚度反演带来较大误
差。要获得高精度气溶胶细粒子光学厚度产品必须要解决粗模态气溶胶粒子贡献问题。
[0006]2、混合态的粗细粒子对表观反射率/表观偏振反射率的贡献与粗细粒子单独存在时贡献的加和存在较大差异。为得到高精度细粒子比，需要精确区粗细粒子贡献。
[0007]3、现有技术中标量反演和偏振反演气溶胶参数的方法各有优势及侧重，通常利用独立的标量通道和偏振通道对应的气溶胶信息，并未考虑标量和偏振信号的相互约束。

技术实现思路

[0008]为解决上述技术问题，本专利技术提供一种协同星载标量和偏振观测数据的气溶胶参数迭代反演方法，基于气溶胶标量与偏振协同观测信息，深度挖掘气溶胶粗细粒子表观反射率/表观偏振反射率贡献差异，构建约束对气溶胶模型中粗细粒子的组成进行迭代优化，形成协同标量和偏振观测信息的气溶胶细粒子比和总光学厚度的反演方法。
[0009]为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种协同星载标量和偏振观测数据的气溶胶参数迭代反演方法，包括如下步骤：S1：对星载标量观测数据中的地表贡献进行计算，基于标量观测的用于气溶胶参数反演的标量查找表，结合根据局地信息假设的气溶胶模型，反演获得气溶胶总光学厚度；S2：对星载偏振观测数据中的地表贡献进行分离，获得大气的偏振反射率，基于偏振观测的用于气溶胶参数反演的偏振查找表反演出气溶胶细粒子光学厚度；S3：采用气溶胶总光学厚度和气溶胶细粒子光学厚度计算气溶胶细粒子比，对气溶胶模型进行优化，并基于构建的细粒子偏振贡献量化模型对细粒子气溶胶大气偏振反射率进行校正；S4：重复S1
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S3，直至S3中计算的气溶胶细粒子比与S1中的气溶胶模型的气溶胶细粒子比之间的差值达到阈值，即获取最佳的气溶胶总光学厚度和气溶胶细粒子比信息，从而实现标量和偏振协同观测信息的气溶胶多参数反演模型构建。
[0010]进一步地，所述S1中的标量查找表和所述S2中的偏振查找表建立过程中，气溶胶模型包括不同粗细粒子的组合，观测几何参数包括太阳天顶角、观测天顶角、相对方位角，通道包括490nm、670nm、865nm波段。
[0011]进一步地，所述S1采用标量反演方法，具体为：基于经验模型法求解地表标量贡献，利用标量查找表查找在遥感影像观测几何条件下，不同气溶胶模型不同气溶胶光学厚度的大气标量贡献，从而得到模拟的表观反射率；将不同气溶胶光学厚度的表观反射率的模拟值与真实值进行比较，得到最接近真实值的气溶胶总光学厚度；所述S2采用偏振反演方法，具体为：基于经验模型法求解地表偏振贡献，利用偏振查找表查找在遥感影像观测几何条件下，不同细粒子的气溶胶模型不同气溶胶光学厚度的大气偏振贡献，从而得到模拟的表观偏振反射率；将不同气溶胶光学厚度的表观偏振反射率的模拟值与真实值进行比较，得到最接近真实值的气溶胶细粒子光学厚度。
[0012]进一步地，所述S3中细粒子偏振贡献量化模型构建的具体方法为：利用６SV模型获取不同组合的气溶胶细粒子在不同观测条件下的大气偏振贡献占比，从而实现气溶胶细粒子偏振贡献的校正。
[0013]进一步地，所述S4中包括：首先根据迭代条件进行判断：若不符合迭代条件，进行S3以最新的气溶胶细粒子
比调整标量反演中的气溶胶模型，继续S1中的标量反演，获得迭代后的气溶胶总光学厚度；与此同时，利用细粒子偏振贡献量化模型得到校正后的气溶胶细粒子偏振贡献，经计算作为卫星接收的仅包括气溶胶细粒子偏振贡献的真实值，并再次进行S2中的偏振反演，获得迭代后的气溶胶细粒子光学厚度，实现气溶胶细粒子比的迭代；若符合迭代条件，则对应的气溶胶细粒子比、气溶胶总光学厚度即为观测数据的气溶胶参数反演结果。
[0014]有益效果：1、本专利技术提出的方法考虑了粗粒子在偏振反演中的贡献，通过构建粗细粒子偏振贡献量化模型，精确区分粗细粒子贡献，避免了气溶胶细粒子光学厚度反演时忽略粗模态气溶胶粒子导致的偏振反演精度不佳的问题。
[0015]2、本本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种协同星载标量和偏振观测数据的气溶胶参数迭代反演方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：对星载标量观测数据中的地表贡献进行计算，基于标量观测的用于气溶胶参数反演的标量查找表，结合根据局地信息假设的气溶胶模型，反演获得气溶胶总光学厚度；S2：对星载偏振观测数据中的地表贡献进行分离，获得大气的偏振反射率，基于偏振观测的用于气溶胶参数反演的偏振查找表反演出气溶胶细粒子光学厚度；S3：采用气溶胶总光学厚度和气溶胶细粒子光学厚度计算气溶胶细粒子比，对气溶胶模型进行优化，并基于构建的细粒子偏振贡献量化模型对细粒子气溶胶大气偏振反射率进行校正；S4：重复S1
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S3，直至S3中计算的气溶胶细粒子比与S1中的气溶胶模型的气溶胶细粒子比之间的差值达到阈值，即获取最佳的气溶胶总光学厚度和气溶胶细粒子比信息，从而实现标量和偏振协同观测信息的气溶胶多参数反演模型构建。2.根据权利要求1所述的一种协同星载标量和偏振观测数据的气溶胶参数迭代反演方法，其特征在于，所述S1中的标量查找表和所述S2中的偏振查找表建立过程中，气溶胶模型包括不同粗细粒子的组合，观测几何参数包括太阳天顶角、观测天顶角、相对方位角，通道包括490nm波段、670nm波段、865nm波段。3.根据权利要求1所述的一种协同星载标量和偏振观测数据的气溶胶参数迭代反演方法，其特征在于，所述S1采用标量反演方法，具体为：基于经验模型法求解地表标量贡献，利用标量查找表查找在遥感影像观测几何条件下，不同气溶胶模型不...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚微源，赵嫚，王宁，马灵玲，张贝贝，高彩霞，
申请(专利权)人：中国科学院空天信息创新研究院，
类型：发明
国别省市：