一种卫星二氧化碳高精度遥感反演方法

本申请属于卫星遥感，具体涉及一种卫星二氧化碳高精度遥感反演方法。

背景技术：

1、自工业化时代以来，由于人类频繁的生产活动以及机械化信息化的加速发展，产生了许多二氧化碳等温室气体，这种人为排放正在逐年增长。这些温室气体虽然只是大气中存在的一小部分，占取的比例也非常小，但是研究认为大气中温室气体含量的逐渐上升将使近地表空间产生较为剧烈的大气反应，从而使得某些极端天气的出现频率大大增加，而且二氧化碳的性质较为稳定，一旦排放至空气中就会持续存在而难以消失。

2、温室效应引发的气候变暖一直是国际上关注的热点问题，大气中的二氧化碳作为主要的温室气体，是引起温室效应的重要因素。为了研究大气二氧化碳的分布和全球范围的二氧化碳变化规律，制定合理的co2减排政策，需要高精度的co2探测数据的支持。基于地面站点的探测方法具有较高的测量精度，但是与空基探测都存在探测范围狭小，数据量不足等问题，所以地基和空基观测方法无法满足全球气候变化研究对大气co2的测量需求。基于天基测量的卫星遥感方法可以实现高频率的全球范围探测。目前，国际上已经发射多颗大气温室气体遥感卫星用于温室气体监测和气候变化研究，而要满足这种应用要求，卫星遥感的测量精度必须高于1％。因此，高精度的co2反演是实现遥感卫星应用的关键因素之一。

技术实现思路

1、本申请提出了一种卫星二氧化碳高精度遥感反演方法，利用sciatran模型进行模拟光谱的计算以及大气co2的反演原理，设计了多普勒频移和地球大气影响导致的光谱漂移校正算法，实现了光谱波长的精校准，最终完成了大气co2反演算法。

2、为实现上述目的，本申请提供了如下方案：

3、一种卫星二氧化碳高精度遥感反演方法，包括以下步骤：

4、获取卫星遥感数据；

5、对所述卫星遥感数据进行预处理；

6、基于所述预处理后的卫星遥感数据，提取外部环境参数；

7、基于所述外部环境参数，计算模拟光谱并进行光谱校准；

8、基于所述校准后的光谱，构建co2反演过程。

9、优选的，所述获取卫星遥感数据的方法包括：采用短波近红外遥感卫星。

10、优选的，对所述卫星遥感数据进行预处理的方法包括：

11、对所述遥感数据进行量化；

12、基于大气条件，对所述进行量化后的遥感数据基于筛选参数进行筛选；

13、对所述筛选后的遥感数据去除云污染，得到预处理后的遥感数据。

14、优选的，对所述遥感数据进行量化的方法包括：采用光谱定标将原始光谱转化为带有光谱信息的绝对辐亮度谱。

15、优选的，所述筛选参数包括：太阳天顶角大小和气溶胶光学厚度。

16、优选的，对所述筛选后的遥感数据去除云污染的方法包括：通过调整阈值，设置在晴空和无气溶胶条件下，利用卫星探测到的观测光谱与前向模型计算的模拟光谱进行对比，进行云污染数据的去除。

17、优选的，提取的外部环境参数包括：地表反射率、大气参数和气溶胶光学厚度。

18、优选的，所述光谱校准的方法包括：

19、ω(j)＝ai2+bi+c(i＝1，2，…,n)

20、式中，ω表示波数，i表示序列号，n表示总采样点数，a、b、c表示方程的各指数项系数。

21、优选的，所述构建co2反演的方法包括：采用最优估计方法进行反演。

22、本申请的有益效果为：

23、本申请公开了反演数据的获取是从gmi载荷探测到的一级数据中得到带有波长信息的绝对辐亮度光谱。其次，由于卫星遥感探测受到地球大气影响很大，尤其是受到大范围云层覆盖的影响，导致陆地观测信息出现严重偏差，必须针对特殊的大气条件和云层污染，对gmi的实测数据进行筛选。同时，设置合适的阈值范围，将不合理和不符合大气筛选条件的数据剔除。利用sciatran模型进行模拟光谱的计算以及大气co2的反演原理，设计了多普勒频移和地球大气影响导致的光谱漂移校正算法，实现了光谱波长的精校准，最终完成了大气co2反演算法。

技术特征：

1.一种卫星二氧化碳高精度遥感反演方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的卫星二氧化碳高精度遥感反演方法，其特征在于，所述获取卫星遥感数据的方法包括：采用短波近红外遥感卫星。

3.根据权利要求1所述的卫星二氧化碳高精度遥感反演方法，其特征在于，对所述卫星遥感数据进行预处理的方法包括：

4.根据权利要求3所述的卫星二氧化碳高精度遥感反演方法，其特征在于，对所述遥感数据进行量化的方法包括：采用光谱定标将原始光谱转化为带有光谱信息的绝对辐亮度谱。

5.根据权利要求3所述的卫星二氧化碳高精度遥感反演方法，其特征在于，所述筛选参数包括：太阳天顶角大小和气溶胶光学厚度。

6.根据权利要求3所述的卫星二氧化碳高精度遥感反演方法，其特征在于，对所述筛选后的遥感数据去除云污染的方法包括：通过调整阈值，设置在晴空和无气溶胶条件下，利用卫星探测到的观测光谱与前向模型计算的模拟光谱进行对比，进行云污染数据的去除。

7.根据权利要求1所述的卫星二氧化碳高精度遥感反演方法，其特征在于，提取的外部环境参数包括：地表反射率、大气参数和气溶胶光学厚度。

8.根据权利要求1所述的卫星二氧化碳高精度遥感反演方法，其特征在于，所述光谱校准的方法包括：

9.根据权利要求1所述的卫星二氧化碳高精度遥感反演方法，其特征在于，所述构建co2反演的方法包括：采用最优估计方法进行反演。

技术总结
本申请公开了一种卫星二氧化碳高精度遥感反演方法，包括以下步骤：获取卫星遥感数据；对卫星遥感数据进行预处理；基于预处理后的卫星遥感数据，提取外部环境参数；基于外部环境参数，计算模拟光谱并进行光谱校准；基于校准后的光谱，构建CO<subgt;2</subgt;反演过程。本申请反演数据的获取是从GMI载荷探测到的一级数据中得到带有波长信息的绝对辐亮度光谱。对GMI的实测数据进行筛选。同时，设置合适的阈值范围，将不合理的大气筛选条件的数据剔除。利用SCIATRAN模型进行模拟光谱的计算以及大气二氧化碳的反演原理，设计了多普勒频移和地球大气影响导致的光谱漂移校正算法，实现了光谱波长的精校准，最终完成了大气二氧化碳反演算法。

技术研发人员：王大成,杨邦会
受保护的技术使用者：中国科学院空天信息创新研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/11