卫星高光谱大气CO2探测精度验证研究进展

卫星高光谱大气CO₂遥感探测对全球气候变化研究意义重大,卫星CO₂反演产品的地基观测验证是获得产品精度评价、发现算法可适用范围和局限性的重要环节,因此地基高光谱CO₂的观测验证研究对提高卫星产品定量精度至关重要。本文综述了当前国际上大气CO₂探测卫星的研制进展,短波红外大气CO₂的反演方法进展,重点阐述了地基高光谱CO₂探测技术进展及其对卫星大气CO₂的定量探测精度验证方法和技术研究进展,并对该研究领域未来的发展提出展望。     

地基傅立叶红外高光谱遥感观测大气成分平台建设及其反演技术研究

利用国际大气成分地基观测网络(NDACC)通用的德国BRUKER公司生产的傅立叶红外(FTIR)高分辨率地基光谱仪器IFS 120M,在国家卫星中心建立了地基高光谱观测平台,进行高光谱数据获取及其反演技术初步研究.阐述了地基高光谱观测平台的建设,高光谱仪器的调试和观测参数化研究结果,并且阐述了光谱的预处理和定标研究,利用地基高光谱在可见光波段的观测结果,进行了气溶胶光学厚度反演技术的初步研究.     

GOSAT卫星二氧化碳遥感产品的验证与分析

本文利用全球地基二氧化碳柱浓度观测站点(Total Carbon Column Observing Network,TCCON)18个站点CO_2地基观测数据对GOSAT(Greenhouse gases Observing Satellite)2009—2017年的大气CO_2遥感反演产品进行验证分析,结果显示卫星CO_2遥感产品与地基遥感观测结果较为一致,在东亚、北美、欧洲和大洋洲四个区域内卫星遥感产品与地基观测的平均偏差分别为2. 23±2. 69、2. 19±2. 19、2. 01±2. 49、1. 59±1. 79 ppm,相关系数不低于0. 75。卫星在30°S～60°N范围内的产品精度较高,而在高纬地区产品精度稍低。本文进一步利用GOSAT L2 XCO_2遥感反演产品对全球大气CO_2的长时间序列变化进行了分析,结果表明2009—2017年全球大气CO_2浓度呈持续上升趋势,全球年平均增长率为2. 22 ppm·a~(-1),增长较快的国家和地区包括中国、美国、印度和非洲,受与厄尔尼诺有关的自然排放影响,2016年相对上一年的增长量最多,年均CO_2绝对增量在3 ppm以上。     

卫星遥感NO2资料地面验证对 中国大气本底观测的潜在需求

受各种因素的影响,卫星反演大气成分的数据质量存在一定的误差和不确定性,系统和全面的验证工作是获得准确可靠的卫星数据的一个重要组成部分.卫星观测资料的验证主要涉及反演算法中所用的输入参数和卫星反演产品的直接验证这两个部分的内容.本工作以对流层NO2卫星资料验证的需求出发,对当前中国大气本底站的观测现状进行评述,讨论了大气...     

高光谱遥感仪器的光谱参数和信噪比需求

卫星短波红外CO₂遥感获得大气低层CO₂浓度信息,已成为目前国际热点研究领域。结合气候变化及碳源、汇观测需求,利用高精度大气辐射传输模式研究了高光谱分辨率、高精度CO₂探测目标的可实现性。针对高光谱CO₂探测器光栅分光、阵列探测器特点,分析了光谱分辨率、光谱采样率等关键技术指标对CO₂探测的可能影响;基于辐射敏感度因子分析了不同探测精度要求下的信噪比需求。结果表明:高光谱CO₂探测器首先应具有足够高的光谱分辨率,以便从太阳反射连续谱段中分辨出CO₂吸收线;为保证CO₂光谱的准确性,光谱仪所用探测器面元应该保证光谱采样率大于2;尽管探测边界层内CO₂浓度1%变化所要求的信噪比难以达到,但探测整层大气CO₂浓度1%的变化所需要的信噪比是可以实现的。     

基于卫星遥感的南海海-气CO2通量研究

海洋是地表环境中最重要的碳库,准确估算CO2在海洋与大气之间的交换对于进一步阐明其变化过程机理具有重要意义。利用南海2011—2020年的海温、风速、海平面气压等多种遥感反演数据,基于海-气分压差算法,构建了海-气CO2通量遥感估算模型,并分析其时空变化特征。结果表明：（1） 遥感估算模型在整个南海海域具有较好的通用性,对比实测区域数据,估算结果的平均绝对误差和均方根误差分别为1.04和1.37 mmol/(m2·d);对于源汇区的识别准确率达到90.63%。（2） 南海总体表现为弱碳源,CO2通量的季节变化呈现出夏秋季高、冬春季低的特征,夏季和冬季分别为全年最高和最低。空间分布特征为南北部差异大。碳汇高值区始终位于北部,且冬季为强碳汇,而碳源高值区夏季出现在中南半岛东南部,秋季则转移到南海东北部。（3） 南海三种典型区（北部陆架陆坡、中部海盆、南部陆坡）的CO2通量随时间推移均呈现降低的趋势,且北部下降速度最快。2011—2020年,南海年均向大气净释放碳1.51×107 t,但其碳释放量呈降低趋势,降低速度为2.03×106 t/a,南海总体的“碳源”强度有所减弱。研究结果可为制定碳排放及碳交易政策提供科学参考。     

由地基遥感资料确定大气边界层特征

中国科学院大气物理研究所大气边界层物理和大气化学国家重点实验室拥有用于边界层垂直结构探测的相控阵声雷达（PA2）、低层大气廓线仪（LAP-3000）以及无线电声雷达（RASS）。本文研究如何利用这些设备获取的遥感观测资料,确定边界层湍流热通量的垂直分布、地面热通量以及边界层高度等问题。     

大气气溶胶光学厚度的卫星双通道遥感方法

提出了一种在晴空条件下,均匀下垫面上利用ＮＯＡＡ－１４极轨卫星甚高分辨率辐射计（ＡＶＨＲＲ）可见光和近红外两个通道观测的反射率资料,遥感整层大气气溶胶光学厚度的双通道方法,该方法把气溶胶散射的波长关系加以推广,把近红外通道的光学厚度均值引入了可见通道,使单个通道中地表反射率和大气因子参数化的误差得以抵消,从而极大地提高了反演精度（〉９０％）。     

气象卫星遥感反演大气和地表参数的前沿问题

根据地球科学热点问题确定前沿问题观点，对卫星定量遥感理论和反演方法存在的几大难题作了质的分析，并指出解决难点之道；同时提出若干前沿问题，特别是指出进一步发展遥感反演内在相互联系的八大基本点。     

CO2大气透过率的统计算法

红外CO2吸收带大气透过率算法的改进,是将物理反演法用于业务反演系统所必须突破的最大障碍之一,本文基于McMillin和Fleming的工作而进行的回归变量调整和谱通道宽度的非确定性修正两个算法试验,结果表明:利用前两个算法计算的透过率精度明显地优于后者。     

大气遥感与卫星气象学研究的进展与回顾

大气遥感作为大气科学中的重要基础与技术支柱,是20世纪60年代以来迅速发展的一门年轻学科.中国大气科学工作者在这方面也紧密结合国家需求与国际学术前沿,从20世纪60年代开始在理论研究,技术发展与实验研究,以及在气象、环境和国防应用等多方面开展了活跃的研究与发展工作.作者主要对中国科学界在大气遥感与卫星气象学发展方面作简要回顾,并着重介绍中国科学院大气物理研究所在大气遥感的基础与方法研究方面的一些进展,以及对大气遥感发展中的作用.主要内容包括:中国大气遥感的简要发展过程、卫星气象的早期发展、卫星红外遥感的基     

一种基于卫星遥感和数值预报产品的雾预报方法

以气象卫星云图为基础, 应用云雾光谱特征和结构特征进行雾区的动态检测和提取;并利用地面自动气象站资料,采用诊断分析方法探讨雾区变化与多气象要素的关系。分析表明:雾区移动速度与地面风速有关,一定的相对湿度、地气温差和风速大小等要素阈值可以作为雾的排空条件。利用经修正的中尺度数值天气预报模式输出的气象要素产品,对卫星遥感雾区进行0~2 h的外延预报,进而建立了一个大雾短时临近预报业务平台,对2009年和2010年多雾季节的1—4月大雾过程应用统计结果表明,该方法对大雾短时临近预报具有一定的效果。     

Meteorological Satellite TIROS-N TOVS Remote Sensing of Atmospheric Property and Cloud

In this paper, a new retrieval method, i.e., the Statistical-Physical Retrieval Method (STPRM) has been developed. It is a combination of both statistical and physical method. On this basis, a retrieval system of temperature-humidity profiles and cloud parameters has been developed. By use of the developed TOVS STPRM the distribution of atmospheric temperature, humidity and geopotential height on isobaric surface can be obtained. In comparison with the statistical method and physical method, the TOVS STPRM system not only has the advantage of convenience in use, quickness in data processing and accuracy in retrieval result, but also can display cloud evolution on screen.     

Simulationsof Aerosol Optical Properties to Top of Atmospheric Reflected Sunlight in the Near Infrared CO2 Weak Absorption Band

Over the Asian continent,high aerosol loading is critical to ensure the high accuracy of CO₂ retrieval in the near infrared absorption band.Simulations were performed to explore the effect of light path modification by aerosol son the atmospheric CO₂ near infrared band(6140-6270 cm^-1).The Vector LInearized Discrete Ordinate Radiative Transfer（VLIDORT） model and the Line-By-Line Radiative Transfer Model（LBLRTM） were used for forward calculations.The U.S.standard atmosphere was used for atmospheric profiles.The results indicate that the aerosols caused similar effects to increases in CO₂ in the planetary boundary layer and became more significant with aerosol layer rising while aerosol optical depth was 0.1.This effect will cause an over estimation of the CO₂ mixing ratio in the retrieval process and an under estimation in the aerosol layer.The results also indicate that the effect of urban and industrial aerosols is smaller than that of non-absorbing and dust aerosols because of the nearly constant absorption properties in the near infrared band.     

卫星遥感反演降水研究进展简述

高质量的降水数据是开展天气、气候、水文、生态等研究的重要基础.由于传统地面雨量计站观测和地基雷达观测受站点数量和地形条件的限制,很难实现大范围降水的均匀观测,而卫星反演降水能有效弥补传统观测站网的缺点.根据卫星反演降水的原理,简要概述了可见光、红外、微波、多种传感器组合的卫星降水反演算法、总结了5种不同卫星数据反演产品...     

基于卫星遥感的“城市热岛”分析

利用2000年4月至2005年7月的卫星遥感资料，采用Surfer软件分析了咸阳“城市热岛”年际变化及特征。结果表明：利用气象卫星遥感监测城市热岛现象是可行和有效的，成阳市具有明显的热岛效应，春季是一年中热岛发展最强的季节，热岛效应有明显的日变化，市中心商业区热岛效应最强，并明显受地理环境的影响，其影响范围是成阳市城区面积的1．63～1．86倍。     

卫星对地遥感应用中的邻近效应研究

利用Monte-Carlo地气耦合辐射传输模式比较系统地进行了卫星视反射率对地表、大气和卫星参数的敏感性数值试验,重点研究了邻近效应对地表反射水平非均一分布的敏感性、邻近效应有效地表范围以及邻近效应与卫星高度的关系三个方面的问题.在定量分析的基础上,揭示了影响邻近效应的主要因子及其影响机制,给出了一些重要结论,包括:地表非均一引起的邻近效应的影响是非常重要的,特别是当目标反射率小于环境反射率时;气溶胶光学厚度越大,散射相函数对称性越强,卫星视反射率对环境反射率越敏趑感,邻近效应越明显;邻近效应的有效地表范围可达到几十公里,同样光学厚度条件下,与气溶胶相比,分子的有效地表范围更大,邻近效应也更强;卫星观测同一目标物时,邻近效应随着探测器高度增高而变大等.     

利用气象卫星遥感监测沙尘暴

介绍了沙尘暴的定义及其危害,简述了内蒙古沙尘暴天气的发生情况,并对利用极轨气象卫星遥感技术监测沙尘暴的原理以及方法进行了探讨和论述。同时,对沙尘暴的遥感监测方法进行了进一步的探讨,提出了遥感监测沙尘暴的思路。     

关于卫星遥感半干旱草原陆面过程的方法和应用研究

国家自然科学基金委重大项目ＩＭＧＲＡＳＳ第６课题是关于利用卫星资料来遥感探测半干旱草原陆面过程的方法及应用的研究。结合总项目对这一课题的要求和当前卫星遥感现状及发展情况,本文概要地介绍这一课题的研究内容和一些初步的思考。     

气象卫星遥感资料微机处理系统(V3.2)简介

介绍了江苏省农业气象与卫星遥感中心开发的气象卫星资料微机处理系统软件的主要特点，功能和运行环境。该系统具有较强的遥感资料处理功能。显著的技术特点，适合于省级和省级以下气象部门开展气象卫星遥感研究和服务工作。