技術領域

本發明涉及衛星遙感技術領域，具體涉及一種基于環境衛星的灰霾反演方法。

背景技術

環境與災害監測預報小衛星星座A、B星(HJ-1A/1B星)于2008年9月6日上午11點25分成功發射。在HJ-1-A衛星和HJ-1-B衛星上均裝載的兩臺CCD相機設計原理完全相同，以星下點對稱放置，平分視場、并行觀測，聯合完成對地幅寬度為700公里、地面像元分辨率30米、4個譜段的推掃成像。但由于傳感器高空間分辨率的限制，光譜分辨率均較低。目前,環境衛星已經越來越多地應用到我國生態環境、土地利用，自然災害等領域。隨著工業經濟的發展，區域性大氣污染在京津唐、長三角，珠三角等地區日益嚴重，這就需要衛星大氣遙感技術進行大尺度、快速，定量的監測和分析，為環保和氣象部門提供有效的污染物來源、傳輸和分布等信息支持。

衛星大氣遙感定量反演與監測大氣氣溶膠，以及溫室與污染氣體的理論及技術的研究對于環保、氣象，氣候變化研究具有重要的意義。NASA(National Aeronautics and Space Administration，美國國家航空航天局)，歐空局等單位已經相繼發射了一系列高精度的用于大氣成分和變化監測的傳感器。近幾年來，基于衛星遙感的大氣氣溶膠，污染氣體的反演與監測技術發展迅速，取得了一系列的進展。尤其是隨著我國中東部地區空氣質量問題的加劇，衛星遙感技術在監測區域尺度的城市群污染與輸送，污染源的分布與排放變化等方面發揮著越來越重要的作用。NASA MODIS(Moderate Resolution Imaging Spectrometer，中分辨率成像光譜儀)傳感器提供的10km分辨率的氣溶膠光學厚度產品具有較高的精度，被廣泛用于顆粒污染的分布與定量監測。但是國外傳感器主要用于晴空觀測與反演，高精度的定量反演并不適用于氣溶膠濃度特別高的地區。由于我國大氣污染嚴重，在華北平原工業區，經濟區城市群等經常出現濃厚的灰霾污染，經常被國外衛星傳感器誤作薄云處理。而且，國外用于大氣監測的衛星反演結果主要用于氣候變化研究，分辨率較低，不適用于直接用來監測城市地區等。目前，迫切需要一種定量、有效的算法來實現我國東部灰霾以及光化學煙霧的衛星定量反演與監測。

氣溶膠衛星遙感定量算法是基于輻射傳輸機理，通過測量大氣顆粒物對太陽光的散射，剔除地表信號，來得到大氣氣溶膠消光柱總量的技術。由于衛星接收到的信號包含了來自地表和大氣的共同分量，如何有效精確的分離兩者成為反演算法的關鍵。目前，應用最廣的是基于MODIS的暗像元算法和深藍算法：

暗像元算法：基于2.12μm短波紅外波段受氣溶膠影響較小，信號主要來自地表，并且2.12μm與紅(0.66μm)，藍波段(0.47μm)在濃密植被地區具有一定的線性關系，假設特定的氣溶膠模式，可以解算出大氣的信號貢獻。但是這種算法只適用植被地區，而且在灰霾等高濃度氣溶膠時精度降低。

深藍算法：利用藍光波段信息與MODIS地表反射率產品差異，結合基于輻射傳輸計算的查找表，計算沙漠地區以及裸地，城市地區等的氣溶膠光學厚度。該算法主要反演暗像元算法無值地區，而且主要適用于沙漠等方向性反射較弱地區，在植被地區不確定性較大。

以上算法都是基于MODIS傳感器的10km氣溶膠產品，分辨率較粗而且不能準確區分薄云與灰霾，不適于我國典型地區的灰霾監測。

發明內容

本發明提供一種基于環境衛星的灰霾污染監測方法，結合環境衛星數據高空間分辨率與地表反射率數據高光譜分辨率的優勢，克服現有氣溶膠衛星監測應用受到空間分辨率低的限制，以及現有反演方法不適用嚴重灰霾識別和監測的問題，解決MODIS氣溶膠算法不能計算重灰霾和空間分辨率有限的問題。

本發明的方法包括以下步驟：

S1、獲取給定海拔的地表反射率數據，以及所監測區域的地基數據和環境衛星數據；

S2、利用所述地基數據建立所監測區域的灰霾氣溶膠模式，根據所述灰霾氣溶膠模式和地表反射率數據建立用于灰霾數據反演的查找表；

S3、根據所述環境衛星數據識別灰霾；

S4、利用所述環境衛星數據、地表反射率數據、查找表計算得到所監測區域的灰霾光學厚度，作為反演得到的灰霾數據。

優選地，步驟S2中，所述查找表包含所述地表反射率數據中的大氣的路徑輻射項等效反射率ρ0、大氣透過率T和大氣半球下行返照率S和假設的灰霾光學厚度這四種數據，建立查找表的方式為：假設灰霾光學厚度τ已知，用6S輻射傳輸模擬方法計算生成以上四項數據。