火星O2(a1Δg)气辉高光谱分辨辐射传输特性研究

1.27μm波段的氧分子近红外气辉是火星大气最重要的气辉辐射之一,该气辉高光谱分辨辐射传输模型的建立对于研制火星探测载荷,反演火星大气的风场温度场与臭氧浓度,以及研究火星空间物理,有重要的科学价值与工程意义.在研究火星大气O₂(a¹Δ_g)气辉光化学反应模型的基础上,提出了O₂(a¹Δ_g)气辉体辐射率的计算方法,并建立了火星大气气辉辐射传输理论;通过与用于研究火星大气特征的光谱学探测仪(Spectroscopy Spectrograph for the Investigation of Characteristics of the Atmosphere of Mars, SPICAM)的实测数据进行对比,验证了所建立的火星O₂(a¹Δ_g)气辉高光谱分辨辐射传输模型的准确性;针对火星与地球大气的O₂(a¹Δ_g)气辉,在体辐射率、自...     

高分五号大气痕量气体差分吸收光谱仪观测数据的火山喷发SO2总量反演

火山喷发产生的高浓度SO₂气体及其远距离输送会对全球气候变化和航空飞行安全产生重要影响。卫星遥感技术以大面积连续观测、高时空分辨率等优势成为大气SO₂监测的重要手段之一。作为中国第一颗紫外可见光波段的高光谱载荷,高分五号卫星大气痕量气体差分吸收光谱仪（GF-5 EMI）通过探测地球大气或表面反射、散射的紫外辐射来解析SO₂总量的分布和变化。本文首先基于大气辐射传输模型SCIATRAN,选择中低纬地区地表类型均一的海洋区域像元,模拟了典型大气条件下的晴空天顶反照率,用以评价EMI载荷天顶观测光谱的精度。其次,基于TROPOMI L1 Radiance辐亮度数据和DOAS反演原理,经477 nm O₄云筛选、光谱定标、慢变剔除、斜柱转垂直柱等步骤后,获得同一火山喷发区域的SO₂总量反演结果并与TROPOMI官方offline L2 SO₂产品进行对比分析。最后,利用GF-5 EMI UV-2通道观测数据,采用DOAS算法反演获得GF-5 EMI大气SO₂总量,并将反演结果与国际同类载荷S5P/TROPOMI SO₂总量结果进行比较分析,评判GF-5 EMI在全球火山活动SO₂变化监测方面的能力。结果显示,300—400 nm波段范围内,海洋区域采样点EMI观测光谱值低于SCIATRAN模拟光谱值,EMI与TROPOMI观测光谱呈现出相似的系统性偏差。基于高空间高光谱分辨率的TROPOMI L1 Radiance辐亮度数据、315—327 nm、325—335 nm和360—390 nm共3个波段窗口、以及上述DOAS反演原理获得的SO₂结果与TROPOMI官方发布的offline L2 SO₂产品结果相关性较高,两者的相关系数可达到0.97—0.99,相对偏差在3%—9%。GF-5 EMI能够获取火山喷发SO₂排放的时空分布特征,并与国际同类载荷TROPOMI反演结果具有较高的空间一致性,能够满足全球火山喷发监测、预警及其气候影响研究的应用需求。     

相对湿度对吸收性气溶胶指数的影响

为提高风云三号气象卫星(FY-3)紫外臭氧总量探测仪(TOU)观测数据得到的吸收性气溶胶指数AAI(Absorbing Aerosol Index)或AI(Aerosol Index)的可靠性,需要了解AAI指数与相对湿度之间的内在关系。本研究利用大气辐射传输模型DAK(Doubling-Adding KNMI)分别模拟了在城市气溶胶和乡村气溶胶模式下AAI同相对湿度之间的关系,并将结果同已观测到的实际结果进行对比。结果发现,在相对湿度呈高值时AAI指数出现很大的变化,但相对湿度对两种气溶胶模型的影响具有相反的效应,分析显示当大气中含有吸收性气溶胶如含碳类气溶胶(在中国北部的污染过程中很常见)时,AAI结果对RH(Relative Humidity)有很强的依赖。在应用AAI指数产品检测污染过程中需要注意气溶胶的具体类型和相对湿度的影响,必要时在高相对湿度过程中进行数据校正或剔除。     

FY-3星紫外臭氧总量探测仪(TOU)监测大气臭氧及吸收性气溶胶

FY-3卫星上搭载的紫外臭氧总量探测仪(Total Ozone Unit,TOU)是我国首台自主研制的用于全球臭氧总量监测的仪器,自2008年5月至今已有3台仪器搭载在气象卫星(FY-3A/FY-3B/FY-3C)上成功发射并在轨运行。TOU利用紫外波段进行臭氧总量反演,以获得全球臭氧的分布及其变化。2013年,针对我国灰霾、沙尘等气溶胶污染事件频发的环境问题,TOU紫外探测数据被成功用于吸收性气溶胶指数(AAI)的反演,之后TOU被用于我国吸收性气溶胶污染事件的监测,为沙尘、灰霾等的预报提供监测数据。对TOU的数据和产品的质量和应用进行了介绍,包括L1B数据、臭氧总量产品及AAI指数。在此基础上,根据现有仪器的不足,对后续仪器的发展方向进行了阐述。     

高层大气测风用地基F-P干涉仪的数值模拟

热层大气风场、温度场对热层-电离层耦合研究、热层环流特性研究以及太阳活动和地磁活动研究等有着重要意义,同时其也是航天器飞行环境预报的重要物理基础.目前,由于热层所处位置较高,大气非常稀薄,风场探测难度较大,因此针对热层大气风场的探测手段非常少.Fabry-Perot（FP）光学干涉仪可通过观测气辉来进行风场探测,其对成像系统像质要求不高,在设计中无需过分追求像质,已经成为热层风场测量的重要工具.由于风场观测气辉的辐射强度非常微弱,因此必须进行FP干涉仪测量系统优化,获得相对较强的辐射强度,以提高风场测量精度.但目前,对FP干涉仪系统优化方面的研究较少,且在测风误差评价方面的工作也不充实.本文通过热层测风用固定间距标准具地基FP干涉仪数值模型的建立,解决FP干涉仪设计过程中各参量的优化问题,并提出一种新的测风误差估算方法.数值模型结果分析表明,在目前探测器观测技术水平下,采用全部干涉环参与计算并结合像元合并技术进行风速反演可最大限度地提高测量精度.此外,由于气辉辐射强度是影响热层大气风场测量精度的重要因素,因此在仪器测风精度性能评价时需确定观测对象强度,即气辉的辐射强度.     

基于Fabry-Perot的中高层大气风速反演数据处理研究

中高层大气风速反演需要精确的确定法布里-帕罗干涉仪(Fabry-Perot Interferometer,FPI)干涉条纹的圆心和半径.本文针对FPI非闭合式干涉环条纹,提出了新的条纹圆心和半径确定方法:首先对所得到的条纹强度分布进行噪声去除预处理:包括均值滤波和自适应滤波;然后初步确定圆心,以该圆心为中心作n条射线得到n条干涉环剖线,利用高斯函数拟合得到干涉环峰值位置,再利用所得峰值位置进行圆拟合得到新的圆心和半径;最后以新的圆心为初始圆心重复上述计算过程直到圆心坐标收敛.利用上述方法对FPI仿真数据进行处理,并用于中高层大气风速反演,得到风速值为96.9537 m/s(对应实际风速值约100 m/s)和7.528.2 m/s (对应实际风速值约10 m/s),将其与理论实际值进行比较,得到反演绝对误差分别为-2.977 m/s和-2.465 m/s,相对误差分别为-2.98%和-24.67%,表明上述方法满足中高层大气风速(一般为每秒几十米到几百米)的反演精度要求,初步论证了圆心和半径确定方法的可行性.     

中巴02B卫星多光谱影像中LBV数据变换方法研究

通过对实际获得的多光谱影像的光谱特征分析,提出了可用于中巴02B卫星多光谱影像的LBV数据变换公式,使得LBV数据变换方法在国产中巴02B卫星数据上的应用成为可能;运用该变换公式处理得到的中巴LBV数据变换图像比中巴原始数据假彩色合成图像颜色更鲜艳,地物类别更易区分,具有更好的目视解译效果。将LBV变换图像与中巴数据假彩色图像分别用最大似然法进行分类,分类图像和精度检验结果表明:用LBV变换公式得到的LBV结果图像能很好地提高图像计算机分类的精度,该变换方法在中巴02B卫星数据的应用中具有很大潜力。     

基于LBV数据变换方法的海岸带多光谱影像分类方法研究

在传统的海岸带多光谱影像分类方法的基础上,提出了运用LBV数据变换方法对海岸带多光谱影像进行地物分类识别的方法,通过图像数据变换能够分别提取出表示地物总辐射水平、可见光-近红外辐射平衡和表示波段辐射变化矢量(方向和速度)L、B、V的值.通过应用青岛海岸带TM多光谱影像,提取LBV变换图像并与原始假彩色合成图像比较,分别进行监督分类试验.运用LBV数据变换方法获得的图像信息量更丰富,地物类别更鲜明,有利于图像的目视解译,分类精度提高约3.12%.