一种基于MODIS数据反演城市大气气溶胶光学厚度的方法

摘要

本发明公开一种基于MODIS数据反演城市大气气溶胶光学厚度的方法。该方法包括：1)根据6S大气辐射传输方程，建立数学模型计算四种基本气溶胶沙尘性、水溶性、海洋性以及煤烟性的体积比浓度，得到自定义的气溶胶类型；2)根据MODIS数据中2.1μm通道的地表反射率与红、蓝通道的地表反射率的关系，得出红、蓝通道的地表反射率的估算值；3)根据6S大气辐射传输方程，结合步骤1中的气溶胶类型，分别建立红通道下气溶胶光学厚度查找表和蓝通道下气溶胶光学厚度查找表；4)对查找表中的数据进行三次样条插值，得出指定地表反射率下的气溶胶光学厚度，完成大气气溶胶光学厚度反演。本发明城市大气气溶胶光学厚度反演方法易于实现，反演精度高，可以有效的用于城区气溶胶监测。

主权项

一种基于MODIS数据反演城市大气气溶胶光学厚度的方法，其特征在于包含以下步骤：1)根据6S大气辐射传输方程，建立数学模型计算四种基本气溶胶沙尘性、水溶性、海洋性以及煤烟性的体积比浓度，得到自定义的气溶胶类型。具体为，令沙尘性气溶胶体积比浓度为v₁，水溶性气溶胶体积比浓度为v₂，海洋性气溶胶体积比浓度为v₃，煤烟性气溶胶体积比浓度为v₄，其中v₄＝1‑(v₁+v₂+v₃)；根据待反演城市的特征，分别确定v₁、v₂、v₃、v₄的临界值，设v₁的最小值为v_1min，v₁的最大值为v_1max，v₂的最小值为v_2min，v₂的最大值为v_2max，v₃的最小值为v_3min，v₃的最大值为v_3max；MODIS数据中卫星观测的表观反射率在1波段(660nm)下为ρ₀，将v₁从v_1min到v_1max进行递增迭代，将v₂从v_2min到v_2max进行递增迭代，将v₃从v_3min到v_3max进行递增迭代，并根据v₄的表达式得到v₄的值，将每一组v₁、v₂、v₃、v₄的值带入6S大气辐射传输方程分别计算在660nm下的卫星反射率ρ₁，计算ρ₀与ρ₁的差值的平方，此数据用ε表示，将ε与对应的v₁、v₂、v₃、v₄的值都记录下来；当v₁、v₂、v₃都达到1时迭代完毕。从记录的所有数据中取出ε最小的200万组数据，取这200万组数据对应的v₁的平均数作为自定义的气溶胶类型中沙尘性气溶胶体积浓度；取这200万组数据对应的v₂的平均数作为自定义的气溶胶类型中水溶性气溶胶体积浓度；取这200万组数据对应的v₃的平均数作为自定义的气溶胶类型中海洋性气溶胶体积浓度；取这200万组数据对应的v₄的平均数作为自定义的气溶胶类型中煤烟性气溶胶体积浓度。2)根据MODIS数据中2.1μm通道的地表反射率与红、蓝通道的地表反射率的关系，得出红、蓝通道的地表反射率的估算值。3)根据6S大气辐射传输方程，结合步骤1中的气溶胶类型，分别建立红通道下气溶胶光学厚度查找表和蓝通道下气溶胶光学厚度查找表；具体的，查找表中，气溶胶光学厚度从0.00到2.50之间迭代，地表反射率从0.00到0.10之间迭代。4)对查找表中的数据进行三次样条插值，得出指定地表反射率下的气溶胶光学厚度，完成大气气溶胶光学厚度反演。