[发明专利]基于高分四号卫星的气溶胶光学厚度的反演方法及设备

说明书

技术领域

本发明涉及大气遥感技术领域，更具体地，涉及基于高分四号卫星的气溶胶光学厚度的反演方法及设备。

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，目前，较为成熟的从可见光波段反演陆地气溶胶的算法主要有：

1)暗目标法。利用浓密植被在红光、蓝光波段的地表反射率较低，构建暗目标在这两个波段的线性关系，从卫星观测的信号中去除地表反射贡献，提取气溶胶信息。该算法已成功应用于TM、高分一号等国内外传感器。

2)深蓝算法。假定地表反射率随时间变化较小，利用清晰天的地表反射率去除地表贡献，从蓝光波段反演气溶胶，该算法已成功应用于干旱半干旱区域。

3)多角度算法。根据同一地物在不同观测角度的地表反射率比值不随波长变化，Diner等从MISR的多角度数据反演得到气溶胶，Hagolle等、张玉环等则利用不同天的卫星多角度数据计算价值函数反演得到气溶胶。

4)多角度偏振算法。利用偏振数据观测气溶胶,一般是通过设定一组气溶胶模式计算其大气偏振反射率，利用多角度、多波段观测进行最优拟合，实现气溶胶的反演。

但是，上述陆地气溶胶反演算法主要是针对极轨卫星数据，而针对静止卫星尤其是高分四号卫星数据开展的气溶胶反演研究较少；如何根据高分四号卫星数据的轨道特点，实现气溶胶的反演是需要解决的技术难题。

发明内容

本发明提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的基于高分四号卫星的气溶胶光学厚度的反演方法及设备。

根据本发明的一个方面，提供一种基于高分四号卫星的气溶胶光学厚度的反演方法，包括：

S1，获取高分四号卫星的遥感数据中每个像元的观测几何；

S2，基于所述遥感数据中每个像元及所述遥感数据中蓝波段数据，利用所述观测几何插值大气参数查找表，获取当前大气参数，所述当前大气参数包括：不同气溶胶光学厚度下的大气向下的半球反射率、大气整层透过率和大气路径辐射项等效反射率；

S3，基于所述当前大气参数，利用改进的深蓝算法获取当前地表反射率，并获取不同气溶胶光学厚度下的表观反射率；

S4，利用所述当前地表反射率和所述表观反射率对所述高分四号卫星的归一化表观反射率进行插值，以获取反演的气溶胶光学厚度。

进一步，所述S1中，所述观测几何包括观测天顶角、太阳天顶角和相对方位角；所述S1进一步包括：

S1.1，基于所述高分四号卫星栅格数据中的几何定位信息及观测时间，获取每个像元的经纬度，并获取每个像元的太阳天顶角和太阳方位角；

S1.2，基于所述高分四号卫星的静止观测轨道参数及所述遥感数据的投影信息，结合S1.1所述每个像元的经纬度，获取每个像元的观测天顶角和观测方位角；

S1.3，基于所述的观测方位角和太阳方位角，获取每个像元的相对方位角，结合所述太阳天顶角和所述观测天顶角，从而得到每个像元的观测几何。

进一步，通过以下步骤获取S2中所述大气参数查找表，包括：

基于所述高分四号卫星的静止观测轨道参数，获取特定区域范围内的观测天顶角的值域范围；

基于所述高分四号卫星的观测时间，获取所述特定区域范围的太阳天顶角的分布范围，并进行辐射传输模拟分析，以获取太阳天顶角的有效值域范围；

基于所述观测天顶角的值域范围、所述太阳天顶角的有效值域范围和相对方位角，利用所述遥感数据中蓝波段的波段响应函数进行辐射传输模拟分析，获取大气的路径辐射项等效反射率、大气整层透过率和大气向下的半球反射率，生成大气参数查找表。

进一步，所述S3进一步包括：

基于MODIS的地表反射率产品及所述高分四号卫星的覆盖范围，进行波段提取和图像镶嵌，获取全年范围的n天合成地表反射率库r_MODIS，其中n为大于5的自然数；

基于地面观测结果拟合MODIS与所述遥感数据中蓝波段地表反射率的线性关系，获得定标系数a和b；

利用所述定标系数a和b改进深蓝算法，以修订MODIS地表反射率库r_MODIS为所述高分四号卫星的地表反射率库r_GF-4，计算式如下：

r_GF-4＝a+b·r_MODIS；

基于所述遥感数据的每个像元的经纬度和所述高分四号卫星的过境日期，利用所述地表反射率库r_GF-4获得当前地表反射率。