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《南京信息工程大学》 2008年
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利用风云三号气象卫星红外分光计反演大气CO_2浓度的理论研究

戴铁  
【摘要】: 虽然近年来全球大气CO_2浓度的地面监测网站愈来愈多,但是其空间分辨率仍然有限。利用卫星遥感探测大气CO_2浓度,可以获得其全球分布情况,将极大地有助于提高对碳循环和气候系统变化的认识。 风云三号气象卫星(FY-3)是我国的第二代极轨气象卫星,首次携带了红外分光计(IRAS)、微波温度计、微波湿度计三个大气垂直探测仪器。本文以IRAS的设计光谱通道特征和仪器响应函数为基础,依据最新的大气分子光谱数据集(HITRAN 2004),基于大气红外辐射传输理论,发展了红外分光计的大气辐射传输计算模式。利用建立的精确的逐线积分辐射传输模式模拟计算了红外分光计(IRAS)的CO_2通道辐射测值及其对CO_2浓度变化的灵敏程度,考察了该通道遥感探测大气CO_2浓度的能力,同时考虑了其它大气吸收气体成分浓度变化可能带来的影响,结果表明该通道非常适合用于遥感探测大气CO_2浓度。大气不同高度CO_2浓度变化对该通道辐射测值影响研究表明,4.5km高度层的浓度变化影响最大,大气顶射出辐射变化几乎完全来自0~20km高度CO_2浓度变化的贡献,20km以上高度浓度变化对射出辐射不再有影响。同时,大气CO_2浓度变化也首先发生在对流层大气中,因此该通道可以及时地探测出大气中CO_2浓度的变化,非常有利于较早地发现CO_2源汇分布的变化。通过对非线性大气热辐射遥感方程的线性化,根据一个简单的迭代反演算法,利用正演模拟的卫星该通道辐射测值进行了数值反演试验。对1980到2006年全球年平均的CO_2浓度反演试验表明反演结果与真值符合的较好,反演误差小于大气CO_2浓度的年增长率。初始估计值对反演结果有一定影响,初估值愈接近真值,反演结果愈好。大气H_2O和O_3浓度的变化对反演精度影响的试验表明,反演结果虽受大气H_2O和O_3浓度的变化影响,但其影响较小,反演误差仍基本小于2ppmv。 本文进一步利用建立的逐线积分辐射传输模式模拟计算了大气顶射出红外辐射光谱及其对大气CO_2浓度变化的灵敏度,研究了CO_2廓线反演的可行性,为我国进一步发展高光谱卫星探测器反演CO_2廓线提供了一定的参考。发现:大气CO_2 4.3μm吸收带,特别是其2241—2249 cm~(-1)、2250—2258 cm~(-1)、2259—2267 cm~(-1)和2382—2390 cm~(-1)波段的射出红外辐射随CO_2浓度的增加而显著地降低,且很少受其它大气成分变化干扰,因此特别适于用来遥感探测大气CO_2浓度的变化。根据最优非线性反演方法,反演获得了0-15km的大气CO_2廓线,结果表明利用上述4个通道对自由对流层的大气CO_2浓度变化可以获得精确的反演结果。
【学位授予单位】:南京信息工程大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2008
【分类号】:P402;P412.27

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