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专利号: 2021115513039
申请人: 南京信息工程大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-12-30
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于气象卫星光谱成像仪的快速辐射传输方法,其特征在于,分别针对气象卫星的各个卫星通道,执行如下步骤,收集卫星通道中所吸收的各种大气气体,进一步获得各个卫星通道的大气顶部反射率、以及亮温值:步骤A、收集气象卫星中各卫星通道所吸收的各种大气气体,并获取各种大气气体所对应的光谱数据,基于卫星通道所吸收各种大气气体的光谱数据,提取该卫星通道所吸收各种大气气体的光谱数据的预设各类型的特征值,获取预设数量个预设大气压层和预设温度层,进而获得该卫星通道所吸收各种大气气体在各预设大气压层和各预设温度层下的吸收系数,随后进入步骤B;

步骤A中基于气象卫星中各卫星通道所吸收的各种大气气体对应的光谱数据,光谱数据的预设各类型的特征值包括气体在不同波长下的吸收系数、气体在不同波长下的光学厚度,根据每种气体在不同波长下的吸收系数或光学厚度,获取预设数量个预设大气压层和预设温度层,进而基于各个预设气压层和各个预设温度层,选择一个参考气压层和一个参考温度层作为参考大气,根据以下公式:获得该卫星通道ch中N种吸收大气气体的吸收系数k(ch,G1,G2,…,GN),其中,G1,G2,…,GN分别为N种吸收气体相对于参考大气的含量,k0(ch)为参考大气的吸收系数,kn(ch)为大气气体n的吸收系数,n的取值为1至N;

步骤B、基于步骤A所收集的气象卫星中各卫星通道所吸收的各种大气气体的光谱数据,分别针对各种大气气体,针对该卫星通道所吸收大气气体分别在不同预设大气压层、不同预设温度层下的吸收系数进行拟合,得到该卫星通道的拟合大气吸收系数、以及该卫星通道的大气透过率,构建并获得以该卫星通道所吸收各种大气气体分别所对应的光谱数据为输入,以该卫星通道的大气透过率为输出的大气透过率计算模型,随后进入步骤C;

步骤C、针对气象卫星中各卫星通道所吸收的各种大气气体中的有云粒子和有气溶胶粒子,获得该卫星通道中有云粒子和有气溶胶粒子的通道散射特性,进而获得有云粒子和有气溶胶粒子的双向反射分布函数BRDF、以及双向透射分布函数BTDF,随后进入步骤D;

步骤D、将气象卫星所对应的地表作为朗伯体,收集包含各种地表类型的光谱数据,根据各地表类型对应的光谱数据对地表进行分类,获得不同地表类型的反照率,随后进入步骤E;

步骤E、以大气透过率计算模型、双向反射分布函数BRDF、双向透射分布函数BTDF、以及各类型地表的反照率为基础,利用优化辐射传输计算方法处理大气中的有云粒子和有气溶胶粒子在散射过程中的复杂性,计算获得该卫星通道的大气顶部反射率、以及亮温值,即获得气象卫星的各个卫星通道的大气顶部反射率、以及亮温值。

2.根据权利要求1所述的一种基于气象卫星光谱成像仪的快速辐射传输方法,其特征在于,所述步骤B具体包括以下步骤:步骤B1、根据该卫星通道所吸收大气气体分别在各预设大气压层和各预设温度层下的各个吸收系数,对大气气体的吸收系数进行排序,基于参考大气选择预设数量个有效积分点,获得不同大气气体的吸收系数的概率分布,当吸收系数的复杂度大于预设阈值时,根据以下公式:将该吸收系数化简为吸收系数与概率分布的关系函数,通过预设数量个有效积分点计算获得在各气压层和各温度层下的通道吸收系数K,2

K(g,P0,T)=exp(a1(g,P0)+a2(g,P0)×(T‑260)+a3(g,P0)×(T‑260))获得该卫星通道的拟合大气吸收系数K(g,P0,T),其中,P0为预设大气压层,T为预设温度层,g为有效积分点,a1、a2、a3为回归系数;

步骤B2、根据该卫星通道所吸收的大气气体,通过回归系数a1、a2、a3,并结合该卫星通道所吸收各种大气气体分别在预设数量个预设大气压层和预设温度层下的吸收系数,进行线性拟合获得该卫星通道的大气透过率。

3.根据权利要求1所述的一种基于气象卫星光谱成像仪的快速辐射传输方法,其特征在于,所述步骤C,基于该卫星通道对应大气中的有云粒子和有气溶胶粒子,具体包括以下步骤:步骤C1、将有云粒子中的各个云粒子对象划分为水云粒子和冰云粒子,针对水云粒子,将水云粒子假设为球形结构,计算获得水云粒子在其所对应卫星通道的预设波段下的单散射特性;

步骤C2、针对冰云粒子,将冰云粒子假设为非球形结构,计算获得冰云粒子在其所对应卫星通道的预设波段下的单散射特性;

步骤C3、以水云粒子和冰云粒子的数量随大小变化均服从Gamma分布为条件,结合水云粒子和冰云粒子在对应的卫星通道下的单散射特性,得到体散射特性,进一步以对应卫星通道的光谱响应函数为权重,获得该卫星通道的通道散射特性,根据以下公式:其中,p(λ)为云粒子的单散射特性,P(λ)为云粒子的体散射特性,为卫星通道的通道散射特性,λ为卫星通道波长,Δλ为波长间隔,D为粒子直径大小,Cext(λ,D)为粒子的消光界面,粒子的消光界面与波长和粒子尺度大小相关,SRF(λ)为各个卫星通道的光谱响应函数,N表示云粒子数量, 为云粒子的分布函数,logD表示对粒子直径D的值取对数,dlogD则表示粒子直径D对数值的微分形式;

步骤C4、分别针对各个气溶胶大气粒子,将气溶胶大气粒子假设为非球形结构,计算获得气溶胶大气粒子在其所对应卫星通道的预设波段下的单散射特性,基于气溶胶大气粒子在该卫星通道下的单散射特性得到体散射特性,进一步得到各个气溶胶大气粒子在其所对应卫星通道下的通道散射特性。

4.根据权利要求1所述的一种基于气象卫星光谱成像仪的快速辐射传输方法,其特征在于,所述步骤D中,根据所获的地表辐射特性光谱数据、地表反照率数据,获得该地表区域内地表反照率的平均值,以地表反照率的平均值作为该地表类型的反照率,即获得不同地表类型的反照率。

5.据权利要求1所述的一种基于气象卫星光谱成像仪的快速辐射传输方法,其特征在于,所述优化辐射传输计算方法具体为:对大气透过率计算模型、双向反射分布函数BRDF、双向透射分布函数BTDF、以及各地表类型的反照率进行耦合,利用大气透过率计算模型、以及地表反照率对辐射特性进行叠加,计算得到各个卫星通道所能观测的大气顶部反射率,并根据以下公式:计算获得各个卫星通道的亮温值BT,其中,λ为卫星通道波长,I为大气顶部的辐射强度,A、B均为已知常数。

6.一种基于气象卫星光谱成像仪的快速辐射传输系统,其特征在于,包括:

一个或多个处理器;

存储器,存储可被操作的指令,所述指令在通过所述一个或多个处理器执行时使得所述一个或多个处理器执行操作,所述操作包括执行权利要求1‑5中任意一项所述基于气象卫星光谱成像仪的快速辐射传输方法。

7.一种存储软件的计算机可读取介质,其特征在于,所述软件包括能通过一个或多个计算机执行的指令,所述指令在被所述一个或多个计算机执行时执行如权利要求1‑5中任意一项所述基于气象卫星光谱成像仪的快速辐射传输方法。