基于統(tǒng)計學分段的大氣氣溶膠反演方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明屬于遙感信息技術(shù)領(lǐng)域，更為具體地講，涉及一種基于統(tǒng)計學分段的大氣 氣溶膠反演方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 大氣氣溶膠是指大氣與懸浮在其中的固體和液體微粒共同組成的多相體系，是指 懸浮在地球大氣中的具有一定穩(wěn)定性的，沉降速度小的，尺度范圍在微米到幾十微米之間 的分子團、液態(tài)或固態(tài)粒子所組成的混合物。氣溶膠粒子主要來源于工業(yè)活動、生物燃燒等 人為源以及沙塵、近海海洋粒子等自然源。
[0003] 研究表明，大氣氣溶膠不僅影響地球表層系統(tǒng)的輻射收支平衡，而且通過對太陽 短波輻射的散射調(diào)節(jié)地氣系統(tǒng)的反射率從而導致地氣系統(tǒng)的降溫過程，通過對太陽輻射的 吸收作用導致升溫過程，通過對云的形成微物理過程的影響，可以改變云的微物理性質(zhì)，對 大氣化學過程以及生物地球化學循環(huán)也起著重要的作用。同時，氣溶膠粒子中包含一些對 人體有害的粒子，對人類的健康狀況造成嚴重的影響，尤其是對于人口密集、工業(yè)集中的城 市地區(qū)。所以，大氣氣溶膠的反演對于全球氣候變化的研究和大氣污染的監(jiān)測和治理工作 具有重大意義。
[0004] 目前國內(nèi)外學者在氣溶膠遙感反演方面取得了一定的成果，并且在新型傳感器的 設計中也越來越考慮到對氣溶膠的監(jiān)測。但是目前大多數(shù)的反演算法都是針對大尺度平均 性質(zhì)的氣溶膠，而且具有很多局限性，例如，只適用于暗地表。目前還沒有一種有效的適用 于城市等亮地表地區(qū)的氣溶膠反演算法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于統(tǒng)計學分段的大氣氣溶膠 反演方法，采用統(tǒng)計學分段的方式劃分為兩個部分，采用不同方式進行氣溶膠厚度值反演， 可以提高亮地表地區(qū)反演結(jié)果的精度和分辨率。
[0006] 為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明基于統(tǒng)計學分段的大氣氣溶膠反演方法包括以下步 驟：
[0007] S1:通過衛(wèi)星獲取所分析區(qū)域的多波段遙感影像，并進行輻射定標得到含有表觀 反射率的多波段遙感影像，多波段遙感影像中包括中紅外1.6微米波段、中紅外2.1微米波 段，從多波段遙感影像中選取一個波段作為反演波段；
[0008] S2:將多波段遙感影像輸入大氣輻射傳輸模型，根據(jù)反演波段得到對應的氣溶膠 光學厚度查找表，查找表中包含每個氣溶膠厚度值Α0Τ所對應的用于計算表觀反射率的參 數(shù)；
[0009] S3:對于多波段遙感影像中的所有像素，采用統(tǒng)計學分χη χη段方法進行分段，分段 方法包括以下步驟：
[0010] S3.1:將中紅外2.1微米波段的表觀反射率范圍按照預設間隔λ:劃分為N個區(qū)間 %，n = l，2, ···，N;
[0011] S3.2:根據(jù)多波段遙感影像中每個像元在中紅外2.1微米波段的表觀反射率，將各 個像元劃分到對應的區(qū)間，得到每個區(qū)間隊對應的像元集合；
[0012] S3.3:對于步驟S3.2得到的每個像元集合χη，如果像元集合中的像元數(shù)量|χη|之 m表示預設閾值，則保留該像元集合，否則刪除；記篩選得到的像元集合為w Υ =1， 2，…，Μ，Μ表示篩選得到的像元集合數(shù)量；
[0013] S3.4:將中紅外1.6微米波段的表觀反射率范圍按照預設間隔λ2劃分為Μ個區(qū)間 y m?ni - 1，2，.·_，M;
[0014] S3.5:對每個像元集合χγ，根據(jù)其每個像元在中紅外1.6微米波段的表觀反射率， 將各個像元劃分到對應的區(qū)間，得到該像元集合下每個區(qū)間丫^對應的像元集合 [00 15]53.6:如果像元集合71/,111中的像元數(shù)量|71/,1 11|2 12，12表示預設閾值，則保留該像 元集合，否則刪除;記篩選得到的像元集合為71<沽=1，2，一，1(，1(表示篩選得到的像元集合 數(shù)量；
[0016] S3.7:對于步驟S306中篩選得到的K個像元集合yk，根據(jù)預設閾值T3進行分類，如果 像元集合yk中的像元數(shù)量|yk| 2 Τ3，Τ3表示預設閾值，則將該像元集合yk劃入集合Ys中，否則 劃入集合Yt中；
[0017]54:記集合丫沖第口個像元集合為73,1)，口=1，2，."，|￥ 3|，|￥3|表示集合￥沖的像元 集合數(shù)量，對每個像元集合ys, p依次進行反演，具體方法包括以下步驟：
[0018] S4.1:將反演波段的表觀反射率范圍按照預設間隔λ3劃分為D個區(qū)間cod，d=l， 2，…，D;對于像元集合ys,P，根據(jù)其每個像元在反演波段的表觀反射率，將各個像元劃分到 對應的區(qū)間，得到該像元集合下每個區(qū)間ω d對應的像元集合^,p,d;
[0019] S4.2:從D個像元集合zs,p,d中搜索得到像元數(shù)量I zs,p,d| 2 T4的像元集合，T4表示預 設閾值，從搜索得到的像元集合中選擇區(qū)間序號d最小的像元集合cf作為像元集合ys,P中的 清潔區(qū)段；
[0020] S4.3:令清潔區(qū)段zs,P,d*在反演波段的表觀反射率pf? = A3 >< ?Γ，其對應的氣溶膠 厚度值= ,ΑΟΤο為預設的清潔區(qū)段氣溶膠厚度值;在氣溶膠光學厚度查找表 中查找得到對應的參數(shù)，根據(jù)表觀反射率pfm計算清潔區(qū)段氣7,對應的地表反 射率；
[0021 ] S4.4:將清潔區(qū)段\&^對應的地表反射率作為整個像元集合丫^的地表反射率，反 演得到像元集合ys, p中每個像元的氣溶膠厚度值；
[0022] S5:對集合Yt進行反演，其具體方法為：
[0023] S5.1:遍歷集合￥3中的每個像元，搜索預設半徑內(nèi)的無值像元，令無值像元的氣溶 膠厚度值設置為該像元的氣溶膠厚度值，記所有被賦值的像元集合為P s;
[0024] S5.2:對于集合?5中每個像元，在氣溶膠光學厚度查找表中查找得到所填充氣溶 膠厚度值對應的參數(shù)，然后根據(jù)表觀反射率計算得到該像元的地表反射率；
[0025] S5.3:按照預設的邊長將多波段遙感影像劃分為網(wǎng)格；
[0026] 35.4:記集合￥1；中第9個像元集合為71^，9=1，2，~，|￥1；|，|￥1；|表示集合￥1；中的像 元集合數(shù)量;對于每個像元集合yt, q，在步驟S5.3劃分出的每個網(wǎng)格中求取與Ps的交集，令 像元集合yt,q在當前網(wǎng)格中所有像元的地表反射率等于該交集中所有像元的地表反射率均 值；
[0027] S5.5:對步驟S5.4被賦予地表反射率的每個像元進行氣溶膠厚度值反演，得到該 像元的氣溶膠厚度值；
[0028] S6:對多波段遙感圖像中剩余的無值像元，采用插值方法填充其氣溶膠厚度值。
[0029] 本發(fā)明基于統(tǒng)計學分段的大氣氣溶膠反演方法，首先得到多波段遙感影像和反演 波段對應的氣溶膠光學厚度查找表，然后按照中紅外2.1微米波段的表觀反射率區(qū)間對像 元進行劃分和篩選，然后對得到的像元集合按照中紅外1.6微米波段的表觀反射率區(qū)間進 行進一步劃分和篩選，將最終得到的像元集合按照像元數(shù)量劃分為兩類，像元較多的劃為 一類，其他為另一類;將像元較多的一類作為基準部分進行反演，采用方法是先從像元集合 中搜索出清潔區(qū)段，以清潔區(qū)段的地表反射率作為整個像元集合的地表反射率，反演得到 氣溶膠厚度值，然后以這些像元作為基準，對另一類進行反演。
[0030] 本發(fā)明在進行地表反射率的計算時采用了一種新方法，該方法在計算地表反射率 時，是依據(jù)清潔像元和基準區(qū)段來確定地表反射率的，并不依賴于暗像元，因此只要滿足完 成統(tǒng)計學分段即可進行反演，所以較傳統(tǒng)的暗像元算法，本發(fā)明對亮地表地區(qū)也具