一种基于卫星遥感的PM2.5不同粒径组分反演方法与流程

本发明属于大气污染防控技术领域，尤其涉及一种基于卫星遥感的pm2.5不同粒径组分反演方法。

背景技术：

四十年来，随着我国经济飞速增长，我国灰霾的污染已逐渐发展为我国的一个突出环境问题。近几年来，随着我国公众环境意识的提高，pm2.5污染成为了政府和公众关注的环境问题焦点之一，而pm2.5浓度信息进行有效的获取则是开展有效pm2.5环境管理的基础。

pm2.5的污染防控需要精细化的管理方式，研究显示，粒径更小的颗粒物在空气中悬浮停留的时间更长，更容易被人类的呼吸道所吸收，可能具有更强的危害性。但我国现行的《环境空气质量标准》(gb3095-2012)对于pm2.5只有总质量浓度的标准值，未考虑到不同粒径组分颗粒物所造成的污染影响。由于pm2.5中不同粒径颗粒物的健康效应是有所区别的，在现行的管理模式下，会一定程度上造成对区域大气污染评价的偏失，无法为人体健康评估提供有效的信息支持。另一方面，我国现有大气环境监测网络仅有pm2.5总质量浓度的监测，没有不同粒径组分浓度的监测，无法支撑pm2.5的精细化防控。

利用卫星遥感反演的气溶胶光学厚度(aod，aerosolopticaldepth)来研究估算地面pm2.5是近年来快速发展起来一项新技术。然而目前国内外的pm2.5卫星遥感反演研究多关注pm2.5的总质量浓度，对于pm2.5不同粒径分布的研究较为缺失。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本发明提供一种基于卫星遥感的pm2.5不同粒径组分反演方法。为了对披露的实施例的一些方面有一个基本的理解，下面给出了简单的概括。该概括部分不是泛泛评述，也不是要确定关键/重要组成元素或描绘这些实施例的保护范围。其唯一目的是用简单的形式呈现一些概念，以此作为后面的详细说明的序言。

本发明采用如下技术方案：

在一些可选的实施例中，提供一种基于卫星遥感的pm2.5不同粒径组分反演方法，包括：

使用idl对原始misraod混合物浓度数据进行提取并剔除异常值；

根据提取的misraod混合物浓度数据以及已知检验成功的misraod混合物类别，得到特点时间点和空间点的八种特定组分aod的值；

计算misr八种aod组分的颗粒直径相对质量分布；

利用misr八种aod组分的颗粒直径相对质量分布信息，绘制出aod组分粒径分布图，将各组分中粒径小于x微米的成分所占面积与粒径小于2.5微米的成分所占面积相比；

计算特定时间点和空间点的粒径小于x微米的成分pmx与粒径小于2.5微米的成分pm2.5的相比结果；

基于地面pm2.5浓度数据，将所述特定时间点和空间点的粒径小于x微米的成分pmx与粒径小于2.5微米的成分pm2.5的相比结果，按照特定时间点、空间点与地面pm2.5浓度数据进行匹配，相乘得到特定时间点和空间点的pmx浓度数据。

在一些可选的实施例中，该方法之前包括：获取misr气溶胶产品数据；其中，所述misr气溶胶产品数据包括：气溶胶的浓度数据以及气溶胶物理及光化学性质数据。

在一些可选的实施例中，所述计算各aod组分的颗粒直径相对质量分布的过程包括：利用misr气溶胶数据中八种aod的气溶胶物理和光学性质数据，假设各aod组分符合对数正态分布，并且有恒定的颗粒物密度，根据获取的misr气溶胶产品数据所提供的参数信息，计算各aod组分的颗粒直径相对质量分布。

在一些可选的实施例中，所述特定时间点和空间点的八种特定组分aod的值通过下式得到：

其中,aodi,k是aod组分i在misr观测点k处的aod值，aodj是aod混合物j的总aod值，fi,j表示aod组分i对aod混合物j的贡献度，α＝1表示混合物j通过了显著性检验，否则说明未通过检验。

在一些可选的实施例中，所述将各组分中粒径小于x微米的成分所占面积与粒径小于2.5微米的成分所占面积相比所得到的相比结果为该结果反映了aod组分i中相应粒径颗粒物浓度的比值。

在一些可选的实施例中，由下式计算出特定时间点和空间点粒径小于x微米的成分pmx与粒径小于2.5微米的成分pm2.5的相比结果：

其中，aodi是aod组分i的aod值；为各组分中粒径小于x微米的成分所占面积与粒径小于2.5微米的成分所占面积相比得到相比结果。

本发明所带来的有益效果：本发明利用misraod数据的物理性质和浓度等信息以及pm2.5浓度的预测数据，通过misraod与不同pm2.5粒径组分的比例，构建特定粒径的pm浓度反演模型，以完成不同pm2.5粒径组分的浓度预测，根据本发明生成的特定粒径pm产品数据具有良好的模型精度，并能够真实反映某一区域的pm2.5粒径组分分布情况。

附图说明

图1是本发明的流程示意图。

具体实施方式

以下描述充分地展示出本发明的具体实施方案，以使本领域的技术人员能够实践它们。其他实施方案可以包括结构的、逻辑的、电气的、过程的以及其他的改变。实施例仅代表可能的变化。除非明确要求，否则单独的部件和功能是可选的，并且操作的顺序可以变化。一些实施方案的部分和特征可以被包括在或替换其他实施方案的部分和特征。

如图1所示，在一些说明性的实施例中，提供一种基于卫星遥感的pm2.5不同粒径组分反演方法，利用misraod数据的物理性质和浓度等信息以及pm2.5浓度的预测数据，通过misraod与pm2.5不同粒径组分的比例因子，进行反演模型的构建，具体包括：

s1：获取misr气溶胶产品数据。

其中，misr气溶胶产品数据包括：气溶胶的浓度数据以及气溶胶物理及光化学性质数据。

其中，可由nasa兰利研究中心大气科学数据中心下载misr气溶胶产品数据。

s2：使用idl对原始misraod混合物浓度数据进行提取并剔除异常值。

s3：根据提取的misraod混合物浓度数据以及已知检验成功的misraod混合物类别，得到特定时间点和空间点的八种特定组分aod的值：

其中,aodi,k是aod组分i在misr观测点k处的aod值，aodj是aod混合物j的总aod值，fi,j表示aod组分i对aod混合物j的贡献度，α＝1表示混合物j通过了显著性检验，否则说明未通过检验。

s4：根据misraod组份的物理和光学特性，计算misr八种aod组分的颗粒直径相对质量分布。

具体的，利用misr气溶胶数据中八种aod的气溶胶物理和光学性质数据，假设各aod组分符合对数正态分布，并且有恒定的颗粒物密度，根据获取的misr气溶胶产品数据所提供的参数信息，计算各aod组分的颗粒直径相对质量分布。

s5：利用misr八种aod组分的颗粒直径相对质量分布信息，绘制出aod组分粒径分布图，将各组分中粒径小于x微米的成分所占面积与粒径小于2.5微米的成分所占面积相比，计算得到相比结果记为该结果反映了aod组分i中相应粒径颗粒物浓度的比值。

s6：基于步骤s5所计算出的数据，计算出特定时间点和空间点粒径小于x微米的成分pmx与粒径小于2.5微米的成分pm2.5的相比结果：

其中，aodi是aod组分i的aod值；为各组分中粒径小于x的成分所占面积与粒径小于2.5的成分所占面积相比所得到相比结果。

s7：基于地面pm2.5浓度数据，将步骤s6计算出的特定时间点和空间点的粒径小于x微米的成分pmx与粒径小于2.5微米的成分pm2.5的相比结果，按照特定时间点、空间点与地面pm2.5浓度数据进行匹配，相乘得到特定时间点和空间点的pmx浓度数据。

本领域技术人员还应当理解，结合本文的实施例描述的各种说明性的逻辑框、模块、电路和算法步骤均可以实现成电子硬件、计算机软件或其组合。为了清楚地说明硬件和软件之间的可交换性，上面对各种说明性的部件、框、模块、电路和步骤均围绕其功能进行了一般地描述。至于这种功能是实现成硬件还是实现成软件，取决于特定的应用和对整个系统所施加的设计约束条件。熟练的技术人员可以针对每个特定应用，以变通的方式实现所描述的功能，但是，这种实现决策不应解释为背离本公开的保护范围。