[发明专利]一种地面站点辐射测温的大气校正方法

说明书

本发明公开了一种地面站点辐射测温的大气校正方法，属于地面站点长波辐射测温技术领域。本发明首先构建地面站点辐射测温的辐射传输方程；结合地面站点梯度观测数据、地面状况、长波辐射计属性等，制定相应的辐射传输模拟方案，并利用MODTRAN模型开展辐射传输模拟，获取近地表大气状况参数：近地表大气透过率、大气上行辐射等；结合梯度观测参数，对获得的大气状况参数构建估算方法；最后，利用构建的辐射传输方程，校正地面站点获得的长波辐射，以获得高精度的地面站点地表温度。本发明得到的地表温度具有较高的精度，且所得到的地表温度不仅可以降低卫星遥感反演地表温度真实性检验中的不确定性，也可为其它相关领域提供数据支撑。

技术领域

本发明属于地面站点长波辐射测温技术领域，具体涉及一种地面站点辐射测温的大气校正方法。

背景技术

地表温度(Land surface temperature，LST)是地球表面和大气系统中的一个基本参数，它可以用来描述能量和物质交换的内在物理过程。而通过地面站点方式测量地表温度是获取地表温度最为经典的方法，也是在卫星遥感反演的地表温度验证中的关键参考数据来源。目前，获取地面站点尺度的地表温度主要有接触式测温和辐射测温两种。其中，辐射测温因其不与地物直接接触而被广泛应用到了站点地表温度获取，并进一步应用到了卫星遥感反演地表温度的验证中。

用于测量站点地表温度的辐射计通常有两种类型，包括红外辐射计和长波辐射计。其中，红外辐射计的光谱响应范围在大气窗口内，近地表大气对短距离(如几百米)观测的影响有限，通常忽略不计。由于全球尺度内缺乏大量的红外辐射计观测网络，而在全球尺度内分布广泛的通量观测网络，使得从长波辐射计测量数据来计算站点地表温度得到了广泛应用。在常规应用中，对于从长波辐射计测量数据计算站点地表温度时，按照红外辐射计的做法忽略了近地表大气的影响。然而，由于长波辐射计的光谱响应范围较宽(～4-50μm)，且据报道近地面的大气辐射能量占整个大气空间辐射能力的32％以上。可以预见的是，当长波辐射计安装高度较高时，忽略近地表大气将不可避免地影响获得地表温度的精度。

发明内容

本发明针对上述技术问题，公开了一种基于辐射传输方程和查找表方法并结合站点气象参数对地面站点长波辐射测量的地表温度进行大气效应校正的方法，以降低站点地表温度的不确定性，获得更准确的站点地表温度。

本发明提供了一种地面站点辐射测温的大气校正方法，所述方法包括：

步骤1，获取地面站点的气象测量数据(例如温度、湿度、气压等)并进行数据预处理，得到若干条近地面的大气廓线数据；

步骤2，设置每一条大气廓线数据的光谱范围[λ₁,λ₂]和观测角度θ；

将近地表气温T_a设置为第一层近地表气温，并根据站点的长波辐射计安装高度设置站点的长波辐射计的观测高度；

步骤3，基于辐射传输模拟获取每条大气廓线数据对应的大气方向透过率和大气方向辐射的光谱曲线，再分进行光谱和方向的积分，获取光谱范围[λ₁,λ₂]内的半球大气透过率和半球大气辐射；

步骤4，将辐射传输模拟得到的半球大气透过率和半球大气辐射，与每条廓线中观测高度低于长波辐射计安装高度的空气温湿度廓线进行匹配，形成新的数据集，并从该数据集中选出部分作为训练样本集；

基于近地表相对湿度RH、近地表气温T_a及其对应的饱和水汽压E₀估算训练样本集中每条样本的近地表水汽压；

基于训练样本集对近表面空间大气透射率方程进行训练拟合，得到大气透射率方程的拟合系数；

所述近地表空间大气透射率方程为：