利用短波輻射估算長(zhǎng)波凈輻射和下行輻射的方法和裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本申請(qǐng)涉及遙感技術(shù)領(lǐng)域，特別地，涉及一種利用短波輻射估算長(zhǎng)波凈輻射和下行輻射的方法和裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]目前利用遙感圖像獲取長(zhǎng)波輻射(下行輻射和凈輻射)，主要集中在晴空條件下，因?yàn)槔眠b感圖像反演長(zhǎng)波輻射主要依賴熱紅外波段，然而熱紅外波段很難穿透云層，致使利用遙感圖像反演長(zhǎng)波輻射幾乎都集中在晴空條件下，有云條件下的長(zhǎng)波輻射無法直接從遙感圖像上獲取，這樣導(dǎo)致光學(xué)遙感圖像反演的輻射產(chǎn)品空間不連續(xù)，難于被研究全球變化的模型采用，也難于準(zhǔn)確刻畫地表的熱狀況，限制了遙感反演的長(zhǎng)波輻射在全球變化研究、地表輻射平衡/能量平衡、蒸散發(fā)估算、陸地或氣候模式等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。因此，發(fā)展有云條件下長(zhǎng)波輻射計(jì)算方法十分迫切。
[0003]而發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，短波輻射和長(zhǎng)波輻射之間存在一定關(guān)系，例如，有云時(shí)，短波輻射減小，而相應(yīng)的地表溫度也低。一般情況下，有云時(shí)短波輻射估算相對(duì)較容易，因此，可以避開云層對(duì)熱紅外波段的影響，利用短波輻射來直接估算長(zhǎng)波輻射。
[0004]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中光學(xué)遙感反演的輻射產(chǎn)品空間不連續(xù)的技術(shù)問題，目前尚未提出有效的解決方案。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N利用短波輻射估算長(zhǎng)波凈輻射和下行輻射的方法和裝置，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中光學(xué)遙感反演的輻射產(chǎn)品空間不連續(xù)的技術(shù)問題。
[0006]—方面，本發(fā)明提供了一種利用短波輻射估算長(zhǎng)波凈輻射的方法，該方法包括:獲取短波凈輻射樣本和長(zhǎng)波凈輻射樣本;建立短波凈輻射樣本和長(zhǎng)波凈輻射樣本之間的數(shù)學(xué)關(guān)系;獲取待處理的遙感圖像;計(jì)算遙感圖像對(duì)應(yīng)的短波凈輻射;將短波凈輻射代入數(shù)學(xué)關(guān)系，得到遙感圖像對(duì)應(yīng)長(zhǎng)波凈輻射。
[0007]進(jìn)一步地，獲取短波凈輻射樣本和長(zhǎng)波凈輻射樣本包括:通過輻射傳輸模型模擬生成短波凈輻射樣本和長(zhǎng)波凈輻射樣本;和/或通過觀測(cè)站點(diǎn)的數(shù)據(jù)獲取短波凈輻射樣本和長(zhǎng)波凈福射樣本。
[0008]進(jìn)一步地，輻射傳輸模型為M0DTRAN5傳輸模型或SBDART傳輸模型。
[0009]進(jìn)一步地，建立短波凈輻射樣本和長(zhǎng)波凈輻射樣本之間的數(shù)學(xué)關(guān)系包括:獲取地表反照率樣本、大氣底層平均溫度樣本和平均濕度樣本以地表反照率樣本、大氣底層平均溫度樣本、平均濕度樣本和短波凈輻射樣本為輸入數(shù)據(jù)，以長(zhǎng)波凈輻射樣本為輸出數(shù)據(jù)，通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型建立短波凈輻射樣本和長(zhǎng)波凈輻射樣本之間的數(shù)學(xué)關(guān)系。
[0010]進(jìn)一步地，大氣底層平均溫度樣本為700mb到地面之間的平均溫度。
[0011]進(jìn)一步地，在晴空條件下時(shí)，將短波凈輻射代入數(shù)學(xué)關(guān)系，得到遙感圖像對(duì)應(yīng)長(zhǎng)波凈輻射包括:利用晴空條件下的大氣溫度和濕度廓線、地表反照率產(chǎn)品獲得地表反照率、大氣底層平均溫度和平均濕度；以及將短波凈輻射、地表反照率、大氣底層平均溫度和平均濕度代入數(shù)學(xué)關(guān)系，得到遙感圖像對(duì)應(yīng)長(zhǎng)波凈輻射。進(jìn)一步地，在有云條件下時(shí)，將短波凈輻射代入數(shù)學(xué)關(guān)系，得到遙感圖像對(duì)應(yīng)長(zhǎng)波凈輻射包括:利用有云條件下的AIRS/AMSU數(shù)據(jù)獲得大氣溫度和濕度廓線;利用大氣溫度和濕度廓線、地表反照率產(chǎn)品獲得地表反照率、大氣底層平均溫度和平均濕度；以及將短波凈輻射、地表反照率、大氣底層平均溫度和平均濕度代入數(shù)學(xué)關(guān)系，得到遙感圖像對(duì)應(yīng)長(zhǎng)波凈輻射。
[0012]—方面，本發(fā)明提供了一種利用短波輻射估算長(zhǎng)波下行輻射的方法，該方法包括:采用本發(fā)明提供的任意一種利用短波輻射估算長(zhǎng)波凈輻射的方法得到長(zhǎng)波凈輻射;計(jì)算長(zhǎng)波上行輻射;以及將長(zhǎng)波上行輻射與長(zhǎng)波凈輻射相疊加，以得到長(zhǎng)波下行輻射。
[0013]進(jìn)一步地，在有晴空條件下時(shí)，計(jì)算長(zhǎng)波上行輻射包括:根據(jù)晴空條件下的光學(xué)地表溫度產(chǎn)品數(shù)據(jù)和發(fā)射率產(chǎn)品數(shù)據(jù)，計(jì)算晴空條件下的長(zhǎng)波上行輻射。
[0014]進(jìn)一步地，在有云條件下時(shí)，計(jì)算長(zhǎng)波上行輻射包括:根據(jù)有云條件下的微波地表溫度產(chǎn)品數(shù)據(jù)和發(fā)射率產(chǎn)品數(shù)據(jù)，計(jì)算有云條件下的長(zhǎng)波上行輻射。
[0015]另一方面，本發(fā)明提供了一種利用短波輻射估算長(zhǎng)波凈輻射的裝置，該裝置包括:第一獲取模塊，用于獲取短波凈輻射樣本和長(zhǎng)波凈輻射樣本;建模模塊，用于建立短波凈輻射樣本和長(zhǎng)波凈輻射樣本之間的數(shù)學(xué)關(guān)系;第二獲取模塊，用于獲取待處理的遙感圖像;第一計(jì)算模塊，用于計(jì)算遙感圖像對(duì)應(yīng)的短波凈輻射;第二計(jì)算模塊，用于將短波凈輻射代入數(shù)學(xué)關(guān)系，得到遙感圖像對(duì)應(yīng)長(zhǎng)波凈輻射。
[0016]進(jìn)一步地，第一獲取模塊具體執(zhí)行以下步驟:通過輻射傳輸模型模擬生成短波凈輻射樣本和長(zhǎng)波凈輻射樣本;和/或通過觀測(cè)站點(diǎn)的數(shù)據(jù)獲取短波凈輻射樣本和長(zhǎng)波凈輻射樣本。
[0017]進(jìn)一步地，輻射傳輸模型為M0DTRAN5傳輸模型或SBDART傳輸模型。
[0018]進(jìn)一步地，建模模塊具體執(zhí)行以下步驟:獲取地表反照率樣本、大氣底層平均溫度樣本和平均濕度樣本以地表反照率樣本、大氣底層平均溫度樣本、平均濕度樣本和短波凈輻射樣本為輸入數(shù)據(jù)，以長(zhǎng)波凈輻射樣本為輸出數(shù)據(jù)，通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型建立短波凈輻射樣本和長(zhǎng)波凈輻射樣本之間的數(shù)學(xué)關(guān)系。
[0019]進(jìn)一步地，大氣底層平均溫度樣本為700mb到地面之間的平均溫度。
[0020]進(jìn)一步地，在晴空條件下時(shí)，第二計(jì)算模塊具體執(zhí)行以下步驟:利用晴空條件下的大氣溫度和濕度廓線、地表反照率產(chǎn)品獲得地表反照率、大氣底層平均溫度和平均濕度；以及將短波凈輻射、地表反照率、大氣底層平均溫度和平均濕度代入數(shù)學(xué)關(guān)系，得到遙感圖像對(duì)應(yīng)長(zhǎng)波凈輻射。
[0021]進(jìn)一步地，在有云條件下時(shí)，第二計(jì)算模塊具體執(zhí)行以下步驟:利用有云條件下的AIRS/AMSU數(shù)據(jù)獲得大氣溫度和濕度廓線;利用大氣溫度和濕度廓線、地表反照率產(chǎn)品獲得地表反照率、大氣底層平均溫度和平均濕度；以及將短波凈輻射、地表反照率、大氣底層平均溫度和平均濕度代入數(shù)學(xué)關(guān)系，得到遙感圖像對(duì)應(yīng)長(zhǎng)波凈輻射。
[0022]另一方面，本發(fā)明提供了一種利用短波輻射估算長(zhǎng)波下行輻射的裝置，該裝置包括:長(zhǎng)波凈輻射估算模塊，用于執(zhí)行本發(fā)明提供的任意一種利用短波輻射估算長(zhǎng)波凈輻射的方法得到長(zhǎng)波凈輻射;長(zhǎng)波上行輻射計(jì)算模塊，用于計(jì)算長(zhǎng)波下行輻射；以及長(zhǎng)波下行輻射計(jì)算模塊，用于將長(zhǎng)波上行輻射與長(zhǎng)波凈輻射相疊加，以得到長(zhǎng)波下行輻射。
[0023]進(jìn)一步地，在有晴空條件下時(shí)，長(zhǎng)波上行輻射計(jì)算模塊具體執(zhí)行以下步驟:根據(jù)晴空條件下的光學(xué)地表溫度產(chǎn)品數(shù)據(jù)和發(fā)射率產(chǎn)品數(shù)據(jù)，計(jì)算晴空條件下的長(zhǎng)波上行輻射。
[0024]進(jìn)一步地，在有云條件下時(shí)，長(zhǎng)波上行輻射計(jì)算模塊具體執(zhí)行以下步驟:根據(jù)有云條件下的微波地表溫度產(chǎn)品數(shù)據(jù)和發(fā)射率產(chǎn)品數(shù)據(jù)，計(jì)算有云條件下的長(zhǎng)波上行輻射。
[0025]上述說明僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段，而可依照說明書的內(nèi)容予以實(shí)施，并且為了讓本發(fā)明的上述和其它目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更明顯易懂，以下特舉本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】。
【附圖說明】
[0026]通過閱讀下文優(yōu)選實(shí)施方式的詳細(xì)描述，各種其他的優(yōu)點(diǎn)和益處對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將變得清楚明了。附圖僅用于示出優(yōu)選實(shí)施方式的目的，而并不認(rèn)為是對(duì)本發(fā)明的限制。而且在整個(gè)附圖中，用相同的參考符號(hào)表示相同的部件。在附圖中:
圖1為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例一利用短波輻射估算長(zhǎng)波下行輻射的方法流程圖；
圖2為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例二利用短波輻射估算長(zhǎng)波下行輻射的方法流程圖；
圖3為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例三利用短波輻射估算長(zhǎng)波下行輻射的方法流程圖；
圖4為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例四利用短波輻射估算長(zhǎng)波下行輻射的方法流程圖；
圖5為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例五利用短波輻射估算長(zhǎng)波凈輻射的裝置框圖；
圖6為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例六利用短波輻射估算長(zhǎng)波下行輻射的裝置框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明。需要指出的是，在不沖突的情況下，本申請(qǐng)中的實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相互組合。
[0028]實(shí)施例一
本發(fā)明實(shí)施例一提供了一種利用短波輻射估算長(zhǎng)波下行輻射的方法，如圖1所示，該方法包括如下的步驟S102至步驟SI 12。
[0029]步驟S102:獲取短波凈輻射樣本和長(zhǎng)波凈輻射樣本。
[0030]具體地，在獲取樣本數(shù)據(jù)時(shí)，可以通過輻射傳輸模型進(jìn)行模擬，生成短波凈輻射數(shù)據(jù)和長(zhǎng)波凈輻射數(shù)據(jù)分別作為短波凈輻射樣本和長(zhǎng)波凈輻射樣本。
[0031 ]例如，以輻射傳輸模型為M0DTRAN5為例，設(shè)置晴空條件下，不同大氣溫度/濕度廓線、氣溶膠類型、水平氣象視距、地表反射率\發(fā)射率、地表溫度、云類型、云高度、云水含量、太陽天頂角、觀測(cè)天頂角、相對(duì)方位角等一系列參數(shù)，利用M0DTRAN5模擬得到各種參數(shù)值下的短波凈輻射數(shù)據(jù)和長(zhǎng)波凈輻射數(shù)據(jù)，分別作為短波凈輻射樣本和長(zhǎng)波凈輻射樣本。
[0032]例如，也可采用SBDART傳輸模型進(jìn)行模擬，SBDART模型模擬所需參數(shù)包括大氣溫度/濕度廓線、氣溶膠類型、氣溶膠、地表反射率\發(fā)射率、地表溫度、云參數(shù)、太陽天頂角、觀測(cè)天頂角和相對(duì)方位角等，利用SBDART模擬得到各種參數(shù)值下的短波凈輻射數(shù)據(jù)