《衛(wèi)星遙感監(jiān)測技術(shù)導則+霾gbt+42190-2022》詳細解讀

《衛(wèi)星遙感監(jiān)測技術(shù)導則霾gb/t42190-2022》詳細解讀contents目錄1范圍2規(guī)范性引用文件3術(shù)語和定義4監(jiān)測數(shù)據(jù)5霾區(qū)判識6霾強度等級判識附錄A(資料性)霾監(jiān)測常用衛(wèi)星傳感器的光譜通道參數(shù)contents目錄附錄B(規(guī)范性)空氣分子瑞利散射貢獻計算方法附錄C(規(guī)范性)色彩空間轉(zhuǎn)換方法附錄D(規(guī)范性)等經(jīng)緯投影像元面積計算公式附錄E(規(guī)范性)衛(wèi)星近地面氣溶膠消光系數(shù)計算方法參考文獻011范圍本導則適用于利用衛(wèi)星遙感技術(shù)對霾進行監(jiān)測，為霾的預警、防控和治理提供技術(shù)支撐。適用于各級氣象、環(huán)保、應急等部門開展霾的衛(wèi)星遙感監(jiān)測業(yè)務。可為科研機構(gòu)、高校等開展霾的相關(guān)研究提供方法參考。1.1適用性1.2監(jiān)測對象本導則主要針對霾這一大氣污染現(xiàn)象進行衛(wèi)星遙感監(jiān)測。監(jiān)測內(nèi)容包括霾的分布范圍、強度等級、持續(xù)時間等。需要采用先進的遙感圖像處理技術(shù)和分析方法，對衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)進行處理和解譯，提取霾的相關(guān)信息。應結(jié)合地面觀測數(shù)據(jù)和其他相關(guān)資料，對衛(wèi)星遙感監(jiān)測結(jié)果進行驗證和校準，提高監(jiān)測精度和水平。衛(wèi)星遙感監(jiān)測應滿足一定的空間分辨率、時間分辨率和光譜分辨率要求，以確保監(jiān)測結(jié)果的準確性和可靠性。1.3技術(shù)要求022規(guī)范性引用文件衛(wèi)星遙感技術(shù)相關(guān)標準衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)獲取與處理規(guī)范該標準規(guī)定了衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)的獲取、處理、質(zhì)量控制等技術(shù)要求，是衛(wèi)星遙感監(jiān)測的基礎(chǔ)性標準。衛(wèi)星遙感影像產(chǎn)品規(guī)范該標準規(guī)定了衛(wèi)星遙感影像產(chǎn)品的分類、命名、格式、質(zhì)量等要求，為衛(wèi)星遙感監(jiān)測提供了統(tǒng)一的影像產(chǎn)品標準。環(huán)境空氣質(zhì)量標準該標準規(guī)定了環(huán)境空氣中污染物的濃度限值、監(jiān)測方法、數(shù)據(jù)統(tǒng)計等要求，是評價空氣質(zhì)量的主要依據(jù)?？諝赓|(zhì)量監(jiān)測技術(shù)規(guī)范該標準規(guī)定了空氣質(zhì)量監(jiān)測的布點、采樣、分析測試、數(shù)據(jù)處理等技術(shù)要求，為衛(wèi)星遙感監(jiān)測霾提供了技術(shù)支持?？諝赓|(zhì)量監(jiān)測相關(guān)標準該標準規(guī)定了氣象觀測的項目、方法、儀器、時次等技術(shù)要求，為衛(wèi)星遙感監(jiān)測提供了氣象數(shù)據(jù)支持。氣象觀測規(guī)范包括大氣、水、土壤等環(huán)境保護相關(guān)標準，為衛(wèi)星遙感監(jiān)測提供了環(huán)境保護方面的參考依據(jù)。環(huán)境保護標準其他相關(guān)標準033術(shù)語和定義衛(wèi)星遙感監(jiān)測是指利用衛(wèi)星搭載的遙感器對地球表面進行觀測，獲取地表信息的技術(shù)手段。該技術(shù)具有覆蓋范圍廣、觀測頻率高、數(shù)據(jù)質(zhì)量穩(wěn)定等優(yōu)點，被廣泛應用于氣象、環(huán)境、農(nóng)業(yè)、林業(yè)、水利、城市規(guī)劃等領(lǐng)域。在霾的監(jiān)測中，衛(wèi)星遙感監(jiān)測能夠?qū)崿F(xiàn)對霾分布范圍、強度、持續(xù)時間等信息的有效獲取，為霾的預警、防控和治理提供重要支持。3.1衛(wèi)星遙感監(jiān)測霾是指空氣中懸浮的大量微小顆粒物（如灰塵、硫酸、硝酸、有機碳氫化合物等）形成的渾濁現(xiàn)象，也稱為灰霾。這些顆粒物會對人體的呼吸系統(tǒng)、心血管系統(tǒng)等造成不良影響，嚴重時還會引發(fā)多種疾病。霾的形成與氣象條件、污染物排放等因素有關(guān)。在氣象條件方面，靜風、逆溫等不利氣象條件容易導致污染物積聚而形成霾；在污染物排放方面，工業(yè)廢氣、汽車尾氣、建筑揚塵等都是霾的重要來源。3.2霾VS衛(wèi)星遙感監(jiān)測霾是指利用衛(wèi)星遙感技術(shù)對霾進行監(jiān)測和分析的過程。通過對衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)的處理和分析，可以獲取霾的分布范圍、強度、光學厚度等信息，進而評估霾對環(huán)境和人體健康的影響。衛(wèi)星遙感監(jiān)測霾的技術(shù)方法主要包括圖像識別、光譜分析、反演算法等。其中，圖像識別可以實現(xiàn)對霾的目視解譯和自動識別；光譜分析可以獲取霾的光譜特征，進而推斷其成分和濃度；反演算法則可以通過建立數(shù)學模型來推算出霾的光學厚度等參數(shù)。3.3衛(wèi)星遙感監(jiān)測霾044監(jiān)測數(shù)據(jù)利用衛(wèi)星搭載的傳感器獲取大氣環(huán)境信息，包括氣溶膠光學厚度、顆粒物濃度等。結(jié)合地面空氣質(zhì)量監(jiān)測站點的實時數(shù)據(jù)，對衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)進行驗證和補充。4.1數(shù)據(jù)來源地面監(jiān)測數(shù)據(jù)衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)對原始衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)進行輻射定標、大氣校正等處理，以消除傳感器誤差和大氣干擾。利用反演算法將衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為霾的相關(guān)參數(shù)，如霾的厚度、濃度等。數(shù)據(jù)預處理數(shù)據(jù)反演4.2數(shù)據(jù)處理時空分布特征分析霾的時空分布特征，包括霾的發(fā)生頻率、持續(xù)時間、影響范圍等。與氣象條件關(guān)聯(lián)結(jié)合氣象數(shù)據(jù)，分析氣象條件對霾的影響，如風向、風速、氣壓等。4.3數(shù)據(jù)分析通過與地面監(jiān)測數(shù)據(jù)的對比，驗證衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)的精度和可靠性。精度驗證分析衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)在處理和反演過程中可能產(chǎn)生的誤差來源，并提出相應的改進措施。誤差分析4.4數(shù)據(jù)質(zhì)量控制055霾區(qū)判識03考慮氣象條件影響在判識霾區(qū)時，充分考慮氣象條件對霾的影響，如風向、風速、氣壓等。01基于衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)利用衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)的高時空分辨率和連續(xù)性，對霾的分布、范圍和強度進行監(jiān)測和判識。02結(jié)合地面觀測數(shù)據(jù)將衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)與地面觀測數(shù)據(jù)相結(jié)合，提高霾區(qū)判識的準確性和可靠性。5.1判識原則123根據(jù)衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)反演的霾光學厚度等參數(shù)，設(shè)定一定的閾值，當參數(shù)超過該閾值時，即可判識為霾區(qū)。閾值法利用衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)的空間分辨率和連續(xù)性，分析霾的空間分布特征和動態(tài)變化，進而判識霾區(qū)。空間分析法通過對衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)的時間序列分析，結(jié)合地面觀測數(shù)據(jù)，判識霾的發(fā)生、發(fā)展和消散過程。時間序列法5.2判識方法利用其他遙感數(shù)據(jù)源驗證利用其他遙感數(shù)據(jù)源，如激光雷達、微波輻射計等，對霾區(qū)判識結(jié)果進行驗證和補充。結(jié)合空氣質(zhì)量監(jiān)測數(shù)據(jù)驗證將霾區(qū)判識結(jié)果與空氣質(zhì)量監(jiān)測數(shù)據(jù)進行對比分析，進一步驗證判識結(jié)果的準確性和實用性。與地面觀測數(shù)據(jù)對比將衛(wèi)星遙感判識結(jié)果與地面觀測數(shù)據(jù)進行對比，驗證判識結(jié)果的準確性和可靠性。5.3判識結(jié)果驗證066霾強度等級判識能見度在5-10km之間，相對濕度小于80%，霾粒子濃度較低。輕微霾能見度在3-5km之間，相對濕度小于80%，霾粒子濃度有所增加。輕度霾能見度在1-3km之間，相對濕度小于80%，霾粒子濃度較高，對人體健康有一定影響。中度霾能見度小于1km，相對濕度小于80%，霾粒子濃度很高，對人體健康有較大影響。重度霾霾強度等級劃分基于衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)利用衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)獲取大范圍、連續(xù)性的霾分布信息，結(jié)合地面觀測數(shù)據(jù)進行驗證和校準。結(jié)合氣象條件考慮氣象條件對霾的影響，如風向、風速、氣壓等，綜合分析霾的生成、擴散和消散過程。參考空氣質(zhì)量指數(shù)參考空氣質(zhì)量指數(shù)（AQI）等相關(guān)指標，對霾的強度等級進行輔助判識。判識方法衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)可能受到云層、天氣等因素的影響，需要結(jié)合地面觀測數(shù)據(jù)進行驗證和校準，確保數(shù)據(jù)的準確性和可靠性。數(shù)據(jù)準確性和可靠性衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)具有一定的時效性和空間分辨率限制，需要根據(jù)實際情況進行選擇和應用。時效性和空間分辨率霾的強度等級判識需要綜合考慮多種因素和數(shù)據(jù)來源，進行綜合分析和判斷，避免單一因素或數(shù)據(jù)的誤導。綜合分析和判斷注意事項07附錄A(資料性)霾監(jiān)測常用衛(wèi)星傳感器的光譜通道參數(shù)

多光譜傳感器參數(shù)傳感器類型常用的多光譜傳感器包括MODIS、AVHRR、Landsat等。光譜分辨率多光譜傳感器通常具有多個光譜通道，每個通道對應不同的波長范圍，可捕捉不同地物反射或發(fā)射的特定光譜信息?？臻g分辨率多光譜傳感器的空間分辨率較高，能夠捕捉到更細致的地面信息，有助于準確監(jiān)測霾的分布和變化。高光譜傳感器如Hyperion等能夠獲取連續(xù)的光譜信息，提供更為豐富的地物特征。傳感器類型高光譜傳感器具有極高的光譜分辨率，能夠捕捉到更多的光譜細節(jié)，有助于區(qū)分不同的地物類型和狀態(tài)。光譜分辨率高光譜數(shù)據(jù)處理包括光譜校正、去噪、特征提取等步驟，可結(jié)合地面監(jiān)測數(shù)據(jù)進行綜合分析，提高霾監(jiān)測的準確性和可靠性。數(shù)據(jù)處理與分析高光譜傳感器參數(shù)123紅外傳感器如ASTER等能夠捕捉地物發(fā)射的紅外輻射信息，有助于監(jiān)測地表溫度和熱異常等現(xiàn)象。傳感器類型紅外傳感器的光譜范圍通常覆蓋中紅外和遠紅外波段，能夠捕捉到地表和大氣的熱輻射信息。光譜范圍紅外傳感器在霾監(jiān)測中可用于監(jiān)測霾層的高度、厚度以及地表溫度等參數(shù)，為霾的成因和擴散機制研究提供重要依據(jù)。應用場景紅外傳感器參數(shù)08附錄B(規(guī)范性)空氣分子瑞利散射貢獻計算方法瑞利散射基本原理瑞利散射定義指當大氣中粒子的直徑小于入射光波長時發(fā)生的散射現(xiàn)象。瑞利散射特點散射光強度與波長的四次方成反比，即短波長的光比長波長的光更易被散射。根據(jù)遙感監(jiān)測需求選擇合適的入射光波長。確定入射光波長包括大氣壓強、溫度、濕度等，以計算空氣分子數(shù)密度。測量大氣參數(shù)根據(jù)瑞利散射公式和測量的大氣參數(shù)計算瑞利散射系數(shù)。計算瑞利散射系數(shù)將瑞利散射系數(shù)與光程長度相乘，得到空氣分子瑞利散射對遙感信號的貢獻。計算空氣分子瑞利散射貢獻空氣分子瑞利散射貢獻計算步驟03大氣參數(shù)測量準確性大氣參數(shù)的測量準確性對瑞利散射系數(shù)的計算具有重要影響，因此需采用高精度測量設(shè)備和方法。01考慮其他散射影響在計算空氣分子瑞利散射貢獻時，還需考慮氣溶膠散射、米散射等其他散射過程的影響。02儀器校準與定標為確保遙感數(shù)據(jù)的準確性，需對遙感儀器進行定期校準和定標。注意事項09附錄C(規(guī)范性)色彩空間轉(zhuǎn)換方法色彩空間定義色彩空間是指描述和表示顏色的三維空間模型，通常由三個相對獨立的屬性來描述顏色的外觀。常用色彩空間在遙感監(jiān)測中，常用的色彩空間包括RGB色彩空間、CIELAB色彩空間等。色彩空間基本概念由于不同遙感傳感器獲取的圖像數(shù)據(jù)具有不同的光譜范圍和分辨率，因此需要進行色彩空間轉(zhuǎn)換以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一處理和分析。通過色彩空間轉(zhuǎn)換，可以將不同遙感圖像數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為具有一致視覺效果的顏色表示，便于目視解譯和對比分析。色彩空間轉(zhuǎn)換必要性視覺效果一致性遙感數(shù)據(jù)多樣性將RGB色彩空間中的顏色值轉(zhuǎn)換為CIELAB色彩空間中的對應值，通常涉及線性化、白點校正、色彩空間轉(zhuǎn)換等步驟。RGB到CIELAB轉(zhuǎn)換根據(jù)具體需求和遙感數(shù)據(jù)類型，還可以采用其他色彩空間轉(zhuǎn)換方法，如RGB到HSV、RGB到Y(jié)CbCr等。其他轉(zhuǎn)換方法色彩空間轉(zhuǎn)換方法轉(zhuǎn)換精度問題在進行色彩空間轉(zhuǎn)換時，需要注意轉(zhuǎn)換精度問題，避免由于數(shù)值計算誤差導致轉(zhuǎn)換結(jié)果出現(xiàn)偏差。色彩失真問題不同色彩空間之間的轉(zhuǎn)換可能會導致色彩失真問題，因此在進行轉(zhuǎn)換時需要選擇合適的轉(zhuǎn)換方法和參數(shù)設(shè)置，以盡可能減小失真程度。色彩空間轉(zhuǎn)換注意事項10附錄D(規(guī)范性)等經(jīng)緯投影像元面積計算公式等經(jīng)緯投影基本概念等經(jīng)緯投影是一種地圖投影方式，它將地球表面劃分為若干等面積的網(wǎng)格，每個網(wǎng)格內(nèi)的經(jīng)緯度間隔相等。在等經(jīng)緯投影中，緯線和經(jīng)線都是直線，且相互垂直，使得地圖上的距離和方向與實際地球表面相近。影像元面積是指遙感影像中每個像素所代表的實際地面面積。公式：$A=(Deltalambdatimescosvarphi)times(Deltavarphi)timesR^{2}$，其中$A$為影像元面積，$Deltalambda$和$Deltavarphi$分別為像素的經(jīng)緯度間隔，$varphi$為像素中心的緯度，$R$為地球半徑。在等經(jīng)緯投影中，影像元面積可以通過計算每個像素所跨越的經(jīng)緯度間隔和地球半徑來得出。影像元面積計算公式在實際應用中，需要注意經(jīng)緯度間隔的單位和地球半徑的取值，以確保計算結(jié)果的準確性。由于地球是一個橢球體，不同緯度的經(jīng)線長度不同，因此在計算影像元面積時需要考慮緯度的影響。在遙感監(jiān)測中，影像元面積的大小對于監(jiān)測結(jié)果的精度和可靠性具有重要影響，因此需要選擇合適的遙感數(shù)據(jù)和投影方式來確保監(jiān)測結(jié)果的準確性。公式應用注意事項11附錄E(規(guī)范性)衛(wèi)星近地面氣溶膠消光系數(shù)計算方法利用衛(wèi)星傳感器獲取的大氣頂部反射率數(shù)據(jù)，結(jié)合輻射傳輸模型和氣溶膠模型，反演出近地面氣溶膠消光系數(shù)。衛(wèi)星遙感反演技術(shù)需要獲取同步的地面氣象觀測數(shù)據(jù)、空氣質(zhì)量監(jiān)測數(shù)據(jù)等，以輔助衛(wèi)星遙感反演結(jié)果的驗證和訂正。輔助數(shù)據(jù)需求方法概述對衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)進行預處理，包括輻射定標、大氣校正、云檢測等步驟，以獲取準確的大氣頂部反射率數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)預處理根據(jù)研究區(qū)域的氣象條件、污染物排放情況等，構(gòu)建合適的氣溶膠模型，包括氣溶膠類型、光學厚度、粒子譜分布等參數(shù)。氣溶膠模型構(gòu)建利用輻射傳輸模型模擬衛(wèi)星傳感器接收到的輻射亮度，并結(jié)合氣溶膠模型反演出近地面氣溶膠消光系數(shù)。輻射傳輸模型應用將衛(wèi)星遙感反演結(jié)果與地面觀測數(shù)據(jù)進行對比驗證，根據(jù)驗證結(jié)果對反演算法進行訂正和優(yōu)化，提高反演精度和可靠性