基于统计学分段的大气气溶胶反演方法
【技术领域】
[0001 ]本发明属于遥感信息技术领域，更为具体地讲，涉及一种基于统计学分段的大气 气溶胶反演方法。
【背景技术】
[0002] 大气气溶胶是指大气与悬浮在其中的固体和液体微粒共同组成的多相体系，是指 悬浮在地球大气中的具有一定稳定性的，沉降速度小的，尺度范围在微米到几十微米之间 的分子团、液态或固态粒子所组成的混合物。气溶胶粒子主要来源于工业活动、生物燃烧等 人为源以及沙尘、近海海洋粒子等自然源。
[0003] 研究表明，大气气溶胶不仅影响地球表层系统的辐射收支平衡，而且通过对太阳 短波辐射的散射调节地气系统的反射率从而导致地气系统的降温过程，通过对太阳辐射的 吸收作用导致升温过程，通过对云的形成微物理过程的影响，可以改变云的微物理性质，对 大气化学过程以及生物地球化学循环也起着重要的作用。同时，气溶胶粒子中包含一些对 人体有害的粒子，对人类的健康状况造成严重的影响，尤其是对于人口密集、工业集中的城 市地区。所以，大气气溶胶的反演对于全球气候变化的研究和大气污染的监测和治理工作 具有重大意义。
[0004] 目前国内外学者在气溶胶遥感反演方面取得了一定的成果，并且在新型传感器的 设计中也越来越考虑到对气溶胶的监测。但是目前大多数的反演算法都是针对大尺度平均 性质的气溶胶，而且具有很多局限性，例如，只适用于暗地表。目前还没有一种有效的适用 于城市等亮地表地区的气溶胶反演算法。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于统计学分段的大气气溶胶 反演方法，采用统计学分段的方式划分为两个部分，采用不同方式进行气溶胶厚度值反演， 可以提高亮地表地区反演结果的精度和分辨率。
[0006] 为实现上述发明目的，本发明基于统计学分段的大气气溶胶反演方法包括以下步 骤：
[0007] S1:通过卫星获取所分析区域的多波段遥感影像，并进行辐射定标得到含有表观 反射率的多波段遥感影像，多波段遥感影像中包括中红外1.6微米波段、中红外2.1微米波 段，从多波段遥感影像中选取一个波段作为反演波段；
[0008] S2:将多波段遥感影像输入大气辐射传输模型，根据反演波段得到对应的气溶胶 光学厚度查找表，查找表中包含每个气溶胶厚度值Α0Τ所对应的用于计算表观反射率的参 数；
[0009] S3:对于多波段遥感影像中的所有像素，采用统计学分χη χη段方法进行分段，分段 方法包括以下步骤：
[0010] S3.1:将中红外2.1微米波段的表观反射率范围按照预设间隔λ:划分为N个区间 %，n = l，2, ···，N;
[0011] S3.2:根据多波段遥感影像中每个像元在中红外2.1微米波段的表观反射率，将各 个像元划分到对应的区间，得到每个区间队对应的像元集合；
[0012] S3.3:对于步骤S3.2得到的每个像元集合χη，如果像元集合中的像元数量|χη|之 m表示预设阈值，则保留该像元集合，否则删除；记筛选得到的像元集合为w Υ =1， 2，…，Μ，Μ表示筛选得到的像元集合数量；
[0013] S3.4:将中红外1.6微米波段的表观反射率范围按照预设间隔λ2划分为Μ个区间 y m?ni - 1，2，.·_，M;
[0014] S3.5:对每个像元集合χγ，根据其每个像元在中红外1.6微米波段的表观反射率， 将各个像元划分到对应的区间，得到该像元集合下每个区间丫^对应的像元集合 [00 15]53.6:如果像元集合71/,111中的像元数量|71/,1 11|2 12，12表示预设阈值，则保留该像 元集合，否则删除;记筛选得到的像元集合为71<沽=1，2，一，1(，1(表示筛选得到的像元集合 数量；
[0016] S3.7:对于步骤S306中筛选得到的K个像元集合yk，根据预设阈值T3进行分类，如果 像元集合yk中的像元数量|yk| 2 Τ3，Τ3表示预设阈值，则将该像元集合yk划入集合Ys中，否则 划入集合Yt中；
[0017]54:记集合丫冲第口个像元集合为73,1)，口=1，2，."，|￥ 3|，|￥3|表示集合￥冲的像元 集合数量，对每个像元集合ys, p依次进行反演，具体方法包括以下步骤：
[0018] S4.1:将反演波段的表观反射率范围按照预设间隔λ3划分为D个区间cod，d=l， 2，…，D;对于像元集合ys,P，根据其每个像元在反演波段的表观反射率，将各个像元划分到 对应的区间，得到该像元集合下每个区间ω d对应的像元集合^,p,d;
[0019] S4.2:从D个像元集合zs,p,d中搜索得到像元数量I zs,p,d| 2 T4的像元集合，T4表示预 设阈值，从搜索得到的像元集合中选择区间序号d最小的像元集合cf作为像元集合ys,P中的 清洁区段；
[0020] S4.3:令清洁区段zs,P,d*在反演波段的表观反射率pf? = A3 >< ?Γ，其对应的气溶胶 厚度值= ,ΑΟΤο为预设的清洁区段气溶胶厚度值;在气溶胶光学厚度查找表 中查找得到对应的参数，根据表观反射率pfm计算清洁区段气7,对应的地表反 射率；
[0021 ] S4.4:将清洁区段\&^对应的地表反射率作为整个像元集合丫^的地表反射率，反 演得到像元集合ys, p中每个像元的气溶胶厚度值；
[0022] S5:对集合Yt进行反演，其具体方法为：
[0023] S5.1:遍历集合￥3中的每个像元，搜索预设半径内的无值像元，令无值像元的气溶 胶厚度值设置为该像元的气溶胶厚度值，记所有被赋值的像元集合为P s;
[0024] S5.2:对于集合?5中每个像元，在气溶胶光学厚度查找表中查找得到所填充气溶 胶厚度值对应的参数，然后根据表观反射率计算得到该像元的地表反射率；
[0025] S5.3:按照预设的边长将多波段遥感影像划分为网格；
[0026] 35.4:记集合￥1；中第9个像元集合为71^，9=1，2，~，|￥1；|，|￥1；|表示集合￥1；中的像 元集合数量;对于每个像元集合yt, q，在步骤S5.3划分出的每个网格中求取与Ps的交集，令 像元集合yt,q在当前网格中所有像元的地表反射率等于该交集中所有像元的地表反射率均 值；
[0027] S5.5:对步骤S5.4被赋予地表反射率的每个像元进行气溶胶厚度值反演，得到该 像元的气溶胶厚度值；
[0028] S6:对多波段遥感图像中剩余的无值像元，采用插值方法填充其气溶胶厚度值。
[0029] 本发明基于统计学分段的大气气溶胶反演方法，首先得到多波段遥感影像和反演 波段对应的气溶胶光学厚度查找表，然后按照中红外2.1微米波段的表观反射率区间对像 元进行划分和筛选，然后对得到的像元集合按照中红外1.6微米波段的表观反射率区间进 行进一步划分和筛选，将最终得到的像元集合按照像元数量划分为两类，像元较多的划为 一类，其他为另一类;将像元较多的一类作为基准部分进行反演，采用方法是先从像元集合 中搜索出清洁区段，以清洁区段的地表反射率作为整个像元集合的地表反射率，反演得到 气溶胶厚度值，然后以这些像元作为基准，对另一类进行反演。
[0030] 本发明在进行地表反射率的计算时采用了一种新方法，该方法在计算地表反射率 时，是依据清洁像元和基准区段来确定地表反射率的，并不依赖于暗像元，因此只要满足完 成统计学分段即可进行反演，所以较传统的暗像元算法，本发明对亮地表地区也具