發(fā)布時間：2017-05-07 06:05

  本文關(guān)鍵詞：近紅外波段超精細太陽光譜的地基觀測及CO_2反演，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：利用近紅外波段的超精細光譜測量來提高衛(wèi)星對近地面層CO2濃度的探測能力是最近10多年來大氣CO2衛(wèi)星遙感的一個新的發(fā)展趨勢。相應(yīng)的也對衛(wèi)星遙感反演算法和地面驗證技術(shù)提出了難題。本文基于中國碳衛(wèi)星地面驗證觀測網(wǎng)絡(luò)臺站的兩種地基超高光譜儀觀測設(shè)備的性能,開發(fā)了利用近紅外波段太陽超精細光譜提取整個大氣柱的CO2含量的反演算法——基于差分吸收原理的類DOAS (Differential Optical Absorption Spectroscopy)方法和最優(yōu)估計方法,并進行了實際反演應(yīng)用。在此基礎(chǔ)上結(jié)合SCIAMACHY (SCanning Imaging Absorption SpectroMeter for Atmospheric CHartographY)和GOSAT (Greenhouse gases Observing SATellite)碳衛(wèi)星數(shù)據(jù),分析了XCO2 (the column-averaged dry-air mole fraction of carbon dioxide)的時空變化特征。主要研究內(nèi)容和結(jié)論概括如下：一.基于逐線積分輻射傳輸模式LBLRTM和離散坐標輻射傳輸模式DISORT,結(jié)合OSA (Optical Spectrum Analyzers)和FTS125M超高分辨率光譜儀的指標參數(shù)模型建立了完整的適用于CO2遙感的正演模型。二.利用所建立的正演模型,分析了大氣氣溶膠、地表氣壓、大氣溫度、光譜分辨率、光譜漂移、信噪比、太陽光譜等對CO2反演的影響。結(jié)果表明：光譜分辨率越高,光譜偏移量的影響越大,對于分辨率分別為0.2和0.02cm’的光譜,0.005 cm-1的光譜偏移量引入的反演誤差分別約為-0.5 ppm和-1.5 ppm。光譜分辨率過高時,光譜的信噪比低,光譜分辨率過低時,不利于把干擾CO2反演的因素分離出來。太陽光譜的影響主要集中在夫瑯禾費線,水汽的影響在水汽吸收線,二者引起的誤差可以通過通道選擇來消除。地表反照率和氣溶膠對C02反演的影響小于0.1 ppm。儀器的光譜響應(yīng)函數(shù)對反演均有較大影響,反演時應(yīng)保證響應(yīng)函數(shù)的準確。1 hPa地表氣壓誤差引入的反演誤差約為0.25 ppm,反演時地表氣壓的誤差應(yīng)小于1 hPa。1 K溫度廓線偏差引入的光譜變化大于1 hPa地表氣壓誤差引入的變化,但溫度對光譜的影響可以通過通道選取來降低。C02廓線的不準確會引入1-4ppm的反演誤差。三.發(fā)展了基于通道對比值求解XCO2的類DOAS反演算法。通過優(yōu)化通道選擇,可以避開夫瑯禾費線以及水汽強吸收,并降低地表氣壓、溫度廓線、信噪比以及光譜偏移量的影響。利用TCOON (Total Carbon column Observing Network)的觀測光譜進行反演驗證時,該算法的結(jié)果與TCCON官方產(chǎn)品差值的標準差均不超過0.8 ppm。四. 建立了一個基于最優(yōu)估計理論適合于中國碳衛(wèi)星地面驗證系統(tǒng)的XC02反演算法。該算法選取夫瑯禾費線較少且水汽影響較小的1570.2-1574.2 nm波段用于反演,并利用包含1572.75 nm處夫瑯禾費線的特征波段對光譜進行偏移量訂正,同時對觀測光譜進行分段斜率訂正,最后通過使模擬光譜和觀測光譜殘差最小獲得XC02。五.結(jié)合SCIAMACHY和GOSAT的XCO2產(chǎn)品,分析了XC02的時空變化特征。2011年全球平均XC02較2010年增長為1.5 ppm左右,且XC02高值集中在人口密集區(qū)。中國區(qū)域的XC02分布呈現(xiàn)東高西低、南高北低的特點。XCO2空間分布呈現(xiàn)明顯季節(jié)變化特征。南北半球的平均XCO2以各自特有的位相震蕩增長；中國區(qū)域的平均XCO2除在春季略高于北半球的平均XCO2外,其余時間均低于北半球的平均XCO2,特別是在7、8月份。
【關(guān)鍵詞】：二氧化碳 反演 短波紅外 高光譜 傅里葉光譜儀 光譜分析儀
【學(xué)位授予單位】：蘭州大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：P407
【目錄】：

• 中文摘要4-6
• Abstract6-10
• 第一章 緒論10-24
• 1.1 研究背景10-12
• 1.2 大氣CO_2探測技術(shù)12-20
• 1.2.1 衛(wèi)星遙感探測大氣CO_2濃度的發(fā)展進程13-17
• 1.2.2 地基探測大氣CO_2濃度的發(fā)展進程17-20
• 1.3 大氣CO_2反演算法的研究進展20-22
• 1.4 本文特色及研究內(nèi)容22-24
• 第二章 大氣中的輻射傳輸及正演模型介紹24-38
• 2.1 前言24
• 2.2 大氣散射24-25
• 2.3 大氣吸收25-27
• 2.3.1 壓致增寬(Pressure Broadening)26
• 2.3.2 多普勒增寬(Doppler Broadening)26-27
• 2.3.3 沃伊特線型27
• 2.4 大氣輻射傳輸方程27-29
• 2.5 正演模型29-36
• 2.5.1 太陽光譜模型30
• 2.5.2 光學(xué)參數(shù)計算30-33
• 2.5.2.1 光學(xué)厚度計算30-32
• 2.5.2.2 單次散射反照率計算32
• 2.5.2.3 散射相函數(shù)計算32-33
• 2.5.3 地表反照率模型33-34
• 2.5.4 輻射傳輸計算34-35
• 2.5.5 儀器參數(shù)模型35-36
• 本章小結(jié)36-38
• 第三章 地基CO_2反演影響因子分析38-70
• 3.1 前言38
• 3.2 光譜分辨率敏感性分析38-39
• 3.3 XCO_2敏感性分析39-41
• 3.4 太陽光譜敏感性分析41-42
• 3.5 地表反照率敏感性分析42-43
• 3.6 儀器噪聲敏感性分析43-45
• 3.7 儀器響應(yīng)函數(shù)敏感性分析45-54
• 3.7.1 光柵光譜儀響應(yīng)函數(shù)敏感性分析47-50
• 3.7.1.1 響應(yīng)函數(shù)類型敏感性分析47-48
• 3.7.1.2 響應(yīng)函數(shù)半寬敏感性分析48-49
• 3.7.1.3 響應(yīng)函數(shù)截斷誤差敏感性分析49-50
• 3.7.2 傅里葉光譜儀響應(yīng)函數(shù)敏感性分析50-54
• 3.7.2.1 最大光程差敏感性分析50-51
• 3.7.2.2 視場角內(nèi)圓角半徑敏感性分析51-53
• 3.7.2.3 卷積范圍敏感性分析53-54
• 3.8 地表氣壓敏感性分析54-56
• 3.9 溫度廓線敏感性分析56-58
• 3.10 水汽廓線及柱總量敏感性分析58-61
• 3.11 CO_2廓線敏感性分析61-63
• 3.12 氣溶膠敏感性分析63-64
• 3.13 光譜偏移量敏感性分析64-65
• 3.14 光譜斜率敏感性分析65-66
• 3.15 光譜平移敏感性分析66-67
• 本章小結(jié)67-70
• 第四章 地基CO_2反演算法(類DOAS)的建立70-92
• 4.1 前言70-71
• 4.2 儀器介紹71-72
• 4.3 物理基礎(chǔ)72-75
• 4.4 正演模型參數(shù)介紹75
• 4.5 通道選擇75-81
• 4.6 模式驗證81-83
• 4.7 觀測數(shù)據(jù)驗證83-89
• 4.8 反演結(jié)果誤差分析89-90
• 本章小結(jié)90-92
• 第五章 基于OSA的地基二氧化碳反演92-107
• 5.1 前言92
• 5.2 儀器介紹92-93
• 5.3 物理基礎(chǔ)93
• 5.4 正演模型參數(shù)介紹93-95
• 5.5 觀測光譜預(yù)處理95-101
• 5.5.1 觀測光譜偏移量訂正95-99
• 5.5.2 光譜傾斜和平移訂正99-101
• 5.6 最小二乘法求解XCO_2101-103
• 5.7 類DOAS與譜擬合反演算法的地基CO_2反演結(jié)果對比103-106
• 本章小結(jié)106-107
• 第六章 XCO_2的時空變化特征107-115
• 6.1 前言107
• 6.2 資料介紹107-108
• 6.3 XCO_2的年平均空間分布特征108-110
• 6.4 XCO_2空間分布特征的季節(jié)變化110-112
• 6.5 XCO_2的時間分布特征112-114
• 本章小結(jié)114-115
• 第七章 結(jié)論與展望115-120
• 7.1 本文的主要內(nèi)容和結(jié)論115-117
• 7.2 本文的主要創(chuàng)新點117-118
• 7.3 問題與展望118-120
• 參考文獻120-129
• 在學(xué)期間的研究成果129-130
• 致謝130

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前2條

1 段民征;呂達仁;;A Polarized Radiative Transfer Model Based on Successive Order of Scattering[J];Advances in Atmospheric Sciences;2010年04期

2 HUO Yanfeng;DUAN Minzheng;TIAN Wenshou;MIN Qilong;;A Differential Optical Absorption Spectroscopy Method for X_(CO_2) Retrieval from Ground-Based Fourier Transform Spectrometers Measurements of the Direct Solar Beam[J];Advances in Atmospheric Sciences;2015年08期

  本文關(guān)鍵詞：近紅外波段超精細太陽光譜的地基觀測及CO_2反演，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：349292