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《华东师范大学》 2013年
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对流层CO_2浓度卫星遥感反演及误差分析

周曼蒂  
【摘要】:卫星探测C02能够提供全球的高精度的实时监测,对研究大气C02的汇与源,以及全球气候变化等重大科学问题具有重要意义。从本世纪开始,国外已开展研究并取得一定的成果,但国内这方面的研究较少,还处于起步阶段,本研究进行了对流层C02浓度卫星遥感反演及误差分析,为我国发展卫星探测大气C02技术累积经验。首先进行了对流层CO2浓度产品的质量分析,作为卫星数据主要应用之一,针对中国区域进行了CO2时空分布特征及其成因的探讨;然后简述了大气近红外遥感探测CO2的理论及反演原理,以大气辐射传输原理为基础,建立了对流层C02浓度反演模型,实现了对流层CO2浓度的反演;最后对反演参数进行敏感性研究,得到误差估计和来源。论文主要分为以下几个部分: 1.为适应超光谱技术的发展和大气CO2探测的需求,我们选取AIRS传感器作为研究对象,首先对传感器参数进行了评价,并选取了温室气体世界数据中心所提供的CO2观测本底站点等数据,进行了全球范围内的AIRSCO2浓度产品对比研究,从而分析其数据质量。特别选取了海拔高度3000m以上的6个站点详细对比,考察了时间序列、空间误差分布等,得到了AIRS对流层CO2产品数据误差随纬度及季节变化规律。AIRS卫星观测CO2浓度与本底站观测呈现出较好的相关性,其偏差范围基本在±2ppmv。在人类活动较为密集的北半球地区,相关系数偏低,差值较大,而南半球等人烟稀少地区呈现出很高的相关性,说明人类活动对于C02浓度变化有影响。 2.根据AIRS CO2浓度产品数据,考察了中国对流层C02浓度时空分布特征。中国区域对流层中层C02分布总体上呈现北高南低的分布特征,高值区集中在35。-45。N,受季节气象特征的影响,对流层中层C02浓度呈现明显季节变化,春季高而秋季低。然后,我们考察了NPP,降水及能源排放对中国C02时空分布的影响,认为中国C02浓度分布主要受到北半球大气C02的输送的影响,在局地则受到降水冲刷、NPP等因素的影响,使其C02浓度分布及增长率均低于北方C02排放低值区。 3.介绍了红外热辐射的基本理论,并说明了大气主要吸收气体的吸收性质,由此进一步推导了红外热辐射在大气中的传输方程,即卫星正演模拟的计算公式,得出卫星遥感辐射传递模拟的核心部分。根据红外波段CO2反演理论及VPD算法,以AIRS卫星多源数据作为输入,以小飞机数据作为验证数据,构造了对流层CO2浓度反演模型。选取了太平洋上北纬0-30°。之间的5个样本点,进行了反演模拟实验。结果显示其精度基本控制在CO2浓度变化1%以内,同时得到CO2浓度反演误差具有一定的纬度和季节依赖性。 4.从反演理论和大气辐射传输模型着手,分析若干因素对CO2反演精度的影响,为寻找误差来源、定量估计误差提供了依据。根据大气分子吸收光谱数据资料,利用精确的逐线积分辐射传输模式模拟卫星红外CO2通道辐射测值及其对CO2浓度变化的灵敏程度,表示为该通道遥感探测大气CO2浓度的能力。同时模拟计算其他参数,如温度、H2O和O3浓度变化可能带来的影响,分析反演误差的来源及精度。结果显示,在绝大多数情况下,温度和O3数据是最大的干扰项,特别是在高纬度冬季时,H2O相对来说是一个较小的影响因素,由温度、H2O和O3造成的CO2浓度反演误差在热带和极地地区基本小于1%,与之前反演结果相一致。
【学位授予单位】:华东师范大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2013
【分类号】:X511;P407

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【参考文献】
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