TanSat卫星XCO2反演数据的偏差校正方法和系统

摘要

本申请提供了一种TanSat卫星XCO2反演数据的偏差校正方法和系统。该方法根据氧气波段的太阳光谱，以及TanSat卫星XCO2反演数据中与每个XCO2反演值对应的氧气波段的观测光谱、太阳天顶角，得到每个XCO2反演值的氧气反照率误差；根据N个XCO2反演值中与每个XCO2反演值对应的卫星观测角和太阳天顶角，计算每个XCO2反演值的观测角误差；根据N个XCO2反演值和预先得到的、与XCO2反演值对应的XCO2地基观测值，得到XCO2反演数据的回归系数；根据每个XCO2反演值、回归系数、以及每个XCO2反演值的氧气反照率误差、观测角误差，对每个XCO2反演值进行偏差校正，提高了反演数据的精度。

说明书

技术领域

本申请涉及遥感信息技术领域，特别涉及一种TanSat卫星XCO

背景技术

工业革命以来，随着各项技术的不断进步，人类社会得到了高速发展，而由于忽视环境效应所导致的全球气候变化，如今已成为关乎人类切身利益的首要议题。全球气候变化主要表现在气候变暖导致的降水重分配、冻土融冻、海平面上升等方面，剧烈的气候变化已开始危害生态系统平衡，逐渐威胁人类生存环境。其中，不断上升的大气二氧化碳浓度被认为是全球气候变化的主要原因。为了提高人们对自然和人为地表碳源和碳汇的认识，近年来大气二氧化碳监测技术得到了迅速发展。

通过遥感手段对近红外光谱进行探测，可以有效地对大气二氧化碳柱浓度(XCO

在卫星观测数据偏差校正方面，有相关研究利用线性回归进行卫星反演数据的偏差校正。Wunch等人针对GOSAT(2009年日本发射的用于大气二氧化碳监测的遥感卫星卫星)的XCO

而TanSat是一种全球二氧化碳科学监测试验卫星(或简称碳卫星)，其作为我国第一颗专门用于从太空测量大气中二氧化碳浓度的卫星。于2016 年12月发射，卫星上搭载有二氧化碳光栅光谱仪(Atmospheric Carbon-dioxide Grating Spectroradiometer，ACGS)和云和气溶胶成像仪(Cloud and Aerosol Polarimetry Imager，CAPI)，从近红外光谱中探测大气二氧化碳并同步获取云和气溶胶数据。有关对TanSat进行XCO

因此，需要提供一种针对上述现有技术不足的改进技术方案。

发明内容

本申请的目的在于提供一种TanSat卫星XCO2反演数据的偏差校正方法和系统，以解决或缓解上述现有技术中存在的问题。

为了实现上述目的，本申请提供如下技术方案：

本申请提供了一种TanSat卫星XCO

可选地，在本申请的任一实施例中，所述根据预先得到的氧气波段的太阳光谱，以及预先得到的所述TanSat卫星XCO

可选地，在本申请的任一实施例中，所述根据N个所述XCO

可选地，在本申请的任一实施例中，所述根据N个所述XCO

可选地，在本申请的任一实施例中，所述根据每个所述XCO

可选地，在本申请的任一实施例中，在所述根据预先得到的氧气波段的太阳光谱，以及预先得到的所述TanSat卫星XCO

本申请实施例还提供一种TanSat卫星XCO

可选地，在本申请的任一实施例中，所述反照率误差单元包括：反照率计算子单元，配置为根据预先得到的氧气波段的太阳光谱，以及预先的得到的N个所述XCO

可选地，在本申请的任一实施例中，所述观测角误差单元包括：气团因子计算子单元，配置为根据N个所述XCO

可选地，在本申请的任一实施例中，所述回归系数单元，进一步配置为：对N个所述XCO

可选地，在本申请的任一实施例中，所述偏差校正单元，包括：第一校正子单元，配置为根据每个所述XCO

可选地，在本申请的任一实施例中，还包括：数据提取单元，配置为提取所述TanSat卫星的卫星参数和观测参数；数据剔除单元，配置为对云数据进行有云区域数据剔除，以及对气溶胶数据进行气溶胶高值区域数据剔除；模拟光谱单元，配置为基于预设反演参数的大气辐射传输模型，根据所述卫星参数、所述观测参数、剔除有云区域数据的云数据、剔除气溶胶高值区域数据的气溶胶数据、以及大气廓线参数，得到模拟光谱；光谱解算单元，配置为基于最优估计法，对所述模拟光谱和所述卫星参数中的观测光谱进行解算，得到解算结果；结果更新单元，配置为判断所述解算结果是否收敛，若不收敛，则更新所述大气辐射传输模型中的所述预设反演参数，直至所述解算结果收敛；反演数据单元，配置为根据所述解算结果，得到所述TanSat卫星XCO

与最接近的现有技术相比，本申请实施例的技术方案具有如下有益效果：

本申请实施例中提供的技术方案，根据预先得到的氧气波段的太阳光谱，以及预先得到的氧气波段的太阳光谱、以及预先得到的TanSat卫星 XCO

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。其中：

图1为根据本申请的一些实施例提供的TanSat卫星XCO2反演数据的偏差校正方法的流程示意图；

图2为根据本申请的一些实施例提供的TanSat卫星XCO2反演数据的偏差校正方法中步骤S101的流程示意图；

图3为根据本申请的一些实施例提供的TanSat卫星XCO2反演数据的偏差校正方法中步骤S102的流程示意图；

图4为根据本申请的一些实施例提供的TanSat卫星XCO2反演数据的偏差校正方法中步骤S104的流程示意图；

图5为根据本申请的一些实施例提供的得到TanSat卫星的XCO2反演数据的流程示意图；

图6为根据本申请的一些实施例提供的TanSat卫星XCO2反演数据的偏差校正系统的结构示意图；

图7为根据本申请的一些实施例提供的反照率误差单元的结构示意图；

图8为根据本申请的一些实施例提供的观测角误差单元的结构示意图；

图9为根据本申请的一些实施例提供的偏差校正单元的结构示意图；

图10为根据本申请的一些实施例提供的得到TanSat卫星的XCO2反演数据的结构示意图。

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。各个示例通过本申请的解释的方式提供而非限制本申请。实际上，本领域的技术人员将清楚，在不脱离本申请的范围或精神的情况下，可在本申请中进行修改和变型。例如，示为或描述为一个实施例的一部分的特征可用于另一个实施例，以产生又一个实施例。因此，所期望的是，本申请包含归入所附权利要求及其等同物的范围内的此类修改和变型。

图1为根据本申请的一些实施例提供的TanSat卫星XCO

步骤S101、根据预先得到的氧气波段的太阳光谱，以及预先得到的所述 TanSat卫星XCO

本申请实施例中，氧气波段的太阳光谱可以根据需要选择，比如，选择库鲁兹(Robert L.Kurucz)博士实验室发布的太阳光谱数据；与XCO

图2为根据本申请的一些实施例提供的TanSat卫星XCO

步骤S111、根据预先得到的氧气波段的太阳光谱，以及预先得到的N个所述XCO

在本申请实施例中，氧气波段无吸收区域的反照率为太阳光经大气辐射，经地表反射回TanSat卫星上搭载的传感器的过程中，氧气波段未经其它分子吸收得到的辐照度和对应太阳光谱辐照度的比值。可以理解的是，以上描述仅为示例性的，本申请实施例对此并不进行限定。

在本申请实施例中，在根据预先得到的氧气波段的太阳光谱，以及预先得到的与每个XCO

其中，albedo_O

步骤S121、对与N个所述XCO

本申请实施例中，XCO

步骤S131、根据与每个所述XCO

在本申请实施例中，在根据与每个XCO

在本申请实施例中，氧气反照率校正系数用C

在本申请实施例中，与每个XCO

步骤S102、根据N个所述XCO

在本申请实施例中，XCO

图3为根据本申请的一些实施例提供的TanSat卫星XCO

步骤S112、根据N个所述XCO

本申请实施例中，通过下述公式(2)计算XCO

其中，airmass为XCO

步骤S122、对N个所述XCO

本申请实施例中，对XCO

步骤S132、根据每个所述XCO

在本申请实施例中，在根据每个XCO

在本申请实施例中，气团因子校正系数用C

在本申请实施例中，每个XCO

在本申请实施例中，气团因子校正系数(C

步骤S103、根据N个所述XCO

本申请实施例中，XCO

本申请实施例中，相对于傅里叶变换光谱仪对观测点进行观测，利用卫星进行XCO

在一些可选实施例中，所述根据N个所述XCO

本申请实施例中，地基观测数据更接近“真实大气”，空基观测数据仍然存在一些系统性偏差。因而，利用预先得到的XCO

在本申请实施例中，回归系数用C

步骤S104、根据每个所述XCO

在本申请实施例中，在得到XCO

本申请实施例中，通过消除XCO

在本申请实施例中，通过氧气反照率校正系数消除XCO

图4为根据本申请的一些实施例提供的TanSat卫星XCO

步骤S114、根据每个所述XCO

在本申请实施例中，在根据每个XCO

在本申请实施例中，XCO

步骤S124、对反照率误差校正和观测角误差校正后的每个所述XCO

在本申请实施例中，通过下述公式(3)计算每个XCO

其中，

本申请实施例中，通过消除XCO

在一应用场景中，搭载在TanSat卫星上的二氧化碳光栅光谱仪(包含9个传感器)，每次观测9个传感器会同时进行光谱记录，测量地表反射回的太阳光，不同传感器具有不同的光谱辐射响应，所以在XCO

图5为根据本申请的一些实施例提供的得到TanSat卫星的XCO

步骤501、提取所述TanSat卫星的卫星参数和观测参数；

在本申请实施例中，TanSat卫星的卫星参数包括：观测角度、观测时间、观测仪器、光谱信噪比和观测光谱；观测参数包括观测点的：经纬度、地表反照率、地表高程、观测质量标识以及陆地与水域标识。可以理解的是，以上描述仅为示例性的，本申请实施例对此并不进行限定。

在本申请实施例中，利用卫星的L1B数据(碳卫星一级定标数据)反演XCO

步骤502、对云数据进行有云区域数据剔除，以及对气溶胶数据进行气溶胶高值区域数据剔除；

在本申请实施例中，云数据来源于在时空匹配的FY-4A数据(风云四号卫星的观测数据)，气溶胶数据来源于FY-3C数据(风云三号卫星的观测数据)。可以理解的是，以上描述仅为示例性的，本申请实施例对此并不进行限定。

在本申请实施例中，在对云数据进行有云区域数据剔除时，使用云检测产品进行了云过滤筛选。在对气溶胶数据进行气溶胶高值区域数据剔除时，将气溶胶数据中气溶胶光学厚度(Aerosol Optical Depth，简称AOD) 值大于0.3的数据进行剔除。可以理解的是，以上描述仅为示例性的，本申请实施例对此并不进行限定

步骤S503、基于预设反演参数的大气辐射传输模型，根据所述卫星参数、所述观测数据、剔除有云区域数据的云数据、剔除气溶胶高值区域数据的气溶胶数据、以及大气廓线参数，得到模拟光谱；

在本申请实施例中，反演参数包括：观测模式、散射模式，具体可以包括地表压强、反照率、气溶胶、气团参数、观测角等。大气廓线参数包括：二氧化碳和氧气廓线、温度廓线、位势廓线、湿度廓线以及压强廓线。可以理解的是，以上描述仅为示例性的，本申请实施例对此并不进行限定。

在本申请实施例中，二氧化碳光栅光谱仪观测到的为观测光谱，基于大气辐射传输模型得到的为模拟光谱，籍此，可以利用模拟光谱对观测光谱进行对比。可以理解的是，以上描述仅为示例性的，本申请实施例对此并不进行限定。

步骤S504、基于最优估计法，对所述模拟光谱和所述卫星参数中的观测光谱进行解算，得到解算结果；

在本申请实施例中，基于大气辐射传输模型进行正想模拟，得到模拟光谱，将模拟光谱的模拟值与观测光谱进行对比，生成代价函数，通过最小化代价函数，得到反演后的大气二氧化碳和氧气廓线的最优解，即为解算结果(大气中的二氧化碳分子数和氧气分子数)。可以理解的是，以上描述仅为示例性的，本申请实施例对此并不进行限定。

步骤S505、判断所述解算结果是否收敛，若不收敛，则更新所述大气辐射传输模型中的所述预设反演参数，直至所述解算结果收敛。

在本申请实施例中，解算结果不收敛，说明反演的大气二氧化碳和氧气廓线的误差还比较大，因而，需对大气辐射传输模型的预设反演参数进行更新，以使解算结果收敛，即模拟光谱的模拟值与观测光谱的反演值的代价函数最小。可以理解的是，以上描述仅为示例性的，本申请实施例对此并不进行限定。

步骤S506、根据所述解算结果，得到所述TanSat卫星XCO

在本申请实施例中，解算结果收敛，即模拟光谱的模拟值与观测光谱的反演值的代价函数最小，说明反演得到了大气二氧化碳和氧气廓线，进而可以计算出XCO

在本申请实施例中，在根据所述解算结果，得到TanSat卫星XCO

其中，

在本申请实施例中，通过氧气反照率校正系数消除XCO

图6为根据本申请的一些实施例提供的TanSat卫星XCO

反照率误差单元，配置为根据预先得到的氧气波段的太阳光谱，以及预先得到的所述TanSat卫星XCO

观测角误差单元，配置为根据N个所述XCO

回归系数单元，配置为根据N个所述XCO

偏差校正单元，配置为根据每个所述XCO

可以理解的，以上描述仅为示例性的，本申请实施例对此并不进行限定。

图7为根据本申请的一些实施例提供的反照率误差单元的结构示意图；如图7所示，所述反照率误差单元包括：

反照率计算子单元，配置为根据预先得到的氧气波段的太阳光谱、以及预先得到的N个所述XCO

反照率平均计算子单元，配置为对与N个所述XCO

反照率误差计算子单元，配置为根据与每个所述XCO

可以理解的，以上描述仅为示例性的，本申请实施例对此并不进行限定。

图8为根据本申请的一些实施例提供的观测角误差单元的结构示意图；如图8所示，所述观测角误差单元包括：

气团因子计算子单元，配置为根据N个所述XCO

气团因子平均计算子单元，配置为对N个所述XCO

观测角误差计算子单元，配置为根据每个所述XCO

可以理解的，以上描述仅为示例性的，本申请实施例对此并不进行限定。

在一些可选实施例中，所述回归系数单元，进一步配置为：对N个所述XCO

图9为根据本申请的一些实施例提供的偏差校正单元的结构示意图；如图9所示，所述偏差校正单元包括：

第一校正子单元，配置为根据每个所述XCO

第二校正子单元，配置为对反照率误差校正和观测角误差校正后的所述XCO

可以理解的，以上描述仅为示例性的，本申请实施例对此并不进行限定。

图10为根据本申请的一些实施例提供的得到TanSat卫星的XCO

数据提取单元1001，配置为提取所述TanSat卫星的卫星参数和观测参数；

数据剔除单元1002，配置为对云数据进行有云区域数据剔除，以及对气溶胶数据进行气溶胶高值区域数据剔除；

模拟光谱单元1003，配置为基于预设反演参数的大气辐射传输模型，根据所述卫星参数、所述观测参数、剔除有云区域数据的云数据、剔除气溶胶高值区域数据的气溶胶数据、以及大气廓线参数，得到模拟光谱；

光谱解算单元1004，配置为基于最优估计法，对所述模拟光谱和所述卫星参数中的观测光谱进行解算，得到解算结果；

结果更新单元1005，配置为判断所述解算结果是否收敛，若不收敛，则更新所述大气辐射传输模型中的所述预设反演参数，直至所述解算结果收敛；

反演数据单元1006，配置为根据所述解算结果，得到所述TanSat卫星的XCO

可以理解的，以上描述仅为示例性的，本申请实施例对此并不进行限定。

本申请实施例提供的TanSat卫星XCO

以上所述仅为本申请的优选实施例，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。