隨著我國工業(yè)化和城市化進(jìn)程的加快,大氣環(huán)境污染問題日益突出,已逐漸超出大氣環(huán)境承載力。利用衛(wèi)星遙感技術(shù)監(jiān)測大氣痕量氣體濃度和時空分布,分析污染物跨區(qū)域傳輸特征已成為大氣環(huán)境監(jiān)測的重要手段。下一代大氣成分監(jiān)測儀TROPOMI以7km×3.5km的高空間分辨率可以實現(xiàn)城市間大氣痕量氣體傳輸?shù)谋O(jiān)測,為分析本地源和外來源對大氣污染的貢獻(xiàn)提供可靠數(shù)據(jù)。但在利用衛(wèi)星遙感技術(shù)進(jìn)行大氣監(jiān)測時,大氣中的云因其反照率效應(yīng)、屏蔽效應(yīng)和云內(nèi)吸收效應(yīng)對痕量氣體的反演具有重要的影響。在紫外和可見光波段,為了獲得準(zhǔn)確的大氣痕量氣體濃度和時空分布,必須首先反演大氣中云的相關(guān)信息。本文基于O_2-O_2 477nm吸收帶開發(fā)了HECORA云反演算法以反演有效云量和云壓參數(shù),用于校正云對痕量氣體反演的影響。HECORA算法的構(gòu)建首先是使用VLIDORT輻射傳輸模型模擬不同場景下460-490nm反射光譜,采用DOAS方法擬合,反演獲得O_2-O_2斜柱濃度和連續(xù)反射率,利用徑向基函數(shù)建立有效云量和云壓查找表;然后使用QDOAS對星載觀測儀器觀測光譜進(jìn)行擬合反演出實際O_2-O_2斜柱濃度和連續(xù)反射率,結(jié)合處理后的輔助數(shù)據(jù)完成有效云量和云壓的反演。使用VLIDROT模擬光譜對該算法進(jìn)行驗證,模擬中使用朗伯云模型時,HECORA云壓與真實云壓一致;對于單層散射云,HECORA云壓在真實散射云層邊界內(nèi)部,而對于雙層散射云,HECORA云壓處在雙層散射云之間,反演結(jié)果符合實際情況。將HECORA算法應(yīng)用于TROPOMI,并將反演結(jié)果與基于O_2 A吸收帶的FRESCO+產(chǎn)品進(jìn)行對比,在地表類型為海洋時兩種算法的有效云量和云壓相關(guān)系數(shù)R均超過0.95,具有良好的相關(guān)性。和星載激光雷達(dá)CALIOP云層產(chǎn)品的比較表明在低云時HECORA云壓反演結(jié)果優(yōu)于FRESCO+,而在高云時FRESCO+云壓更接近CALIOP云壓。在TROPOMI NO_2反演中使用HECORA算法反演的有效云量和云壓參數(shù),將TROPOMI對流層NO_2垂直柱濃度和地基MAX-DOAS對流層NO_2垂直柱濃度進(jìn)行驗證,在4個觀測站點中,兩者的相關(guān)系數(shù)R均超過0.94,相關(guān)性良好,說明采用HECORA算法有效云量和云壓可以很好地反演區(qū)域NO_2垂直柱濃度,可用于校正云對TROPOMI NO_2反演的影響。HECORA算法在TROPOMI上的成功應(yīng)用,表明HECORA算法在大氣云反演中有很高的準(zhǔn)確性和可靠性,能夠為大氣痕量氣體反演的云校正提供有效云量和云壓,并為中國同類型衛(wèi)星載荷的云反演算法提供算法參考。
【學(xué)位單位】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TP79;X87
【部分圖文】：

第一章緒?論???振對儀器的影響，有利于觀測獲得更準(zhǔn)確的輻射數(shù)據(jù)，進(jìn)而提升大氣痕量氣體、??和氣溶膠等反演精度。??表１．１?ＧＯＭＥ主要儀器參數(shù)??通道?光譜范圍（ｎｎｉ）光譜分辨率（ｎｍ）?積分時間（ｓ）?＾??￣Ｔａ?２３７－３０７?０２０?１２＂＂??１Ｂ?３０７－３１５?０．２０?１．５??２?３１２－４０６?０．１７?１．５??３?３９７－６０９?０．２９?１．５??４?５７６－７９４?０．３３?１．５??ＰＭＤ１?２９５－３９７?－?０．０９３５??ＰＭＤ２?３９７－５８０?－?０．０９３５??ＰＭＤ３?５８０－７４５?－?０．０９３５??（ａ）?ＧＯＭＥ－２?（ＭＥＴＯＰ－Ｂ）?Ｅｆｆｅｃｔｉｖ＊?Ｃｌｏｕｄ?Ｆｒａｃｔｉｏｎ?ｆｏｒ?０１－０１－２０１９?ＫＮＭＩ／ＥＵＭＥＴＳＡＴ??

?９００．?１０００??圖１．３?ＳＣＩＡＭＡＣＨＹ云產(chǎn)品（ａ）有效云量；（ｂ）云壓??２００４年７月１５日美國國家航空航天局（ＮＡＳＡ）成功發(fā)射ＡＵＲＡ衛(wèi)星，ＯＭＩ??搭載在該衛(wèi)星上進(jìn)入近極地太陽同步軌道進(jìn)行觀測［１４］，該載荷由荷蘭和芬蘭合??作研制，儀器距離地表７０５ｋｍ，軌道傾角９８．２°，每日軌道數(shù)為１４或１５，經(jīng)過??赤道時間為１３：４０－１３：５０。ＯＭＩ設(shè)計有３個通道，光譜范圍覆蓋２７０－５００ｎｍ，光??譜分辨率為０．４２－０．６３ｎｍ，星下點空間分辨率為１３ｋｍｘ２４ｋｍ，垂直軌道視場角為??１１５°，赤道每日全球覆蓋。ＯＭＩ望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)由一個主凸望遠(yuǎn)鏡、一個偏振擾頻器??和一個二次凸望遠(yuǎn)鏡，將地球光線成像到光譜儀４４ｍｍｘ〇．３ｍｍ的入口狹縫上。??該儀器具有獨立的ＵＶ和ＶＩＳ光學(xué)通道

??厚度等參數(shù)表征，散射云模型示意圖如圖２．３所示。除此之外，散射云模型中??還需要使用云的微觀物理參數(shù)，包括云滴有效半徑、云滴有效半徑方差、云滴??折射率等參數(shù)。在使用散射云模型的算法中，反演的云參數(shù)主要包括云量、云??頂壓力和云底壓力，其中云量一般認(rèn)為是幾何云量。在ＶＬＩＤＯＲＴ輻射傳輸模??型中，提供了朗伯云模型和散射云模型兩種輸入，但對于散射云模型，其微觀??物理參數(shù)由選擇的云類型決定，分為水云和冰云。通過ＶＬＩＤＯＲＴ使用兩種云??模型進(jìn)行光譜模擬，為ＨＥＣＯＲＡ算法的驗證提供了可靠的模擬光譜。??▲??Ｒ（ｔｃ）????Ｚｃ，ｔ〇ｐ??Ｔｃ?７???乙ｃ
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本文編號：2884903