卫星红外超光谱资料及其在云检测、晴空订正和大气廓线反演方面的应用

【摘要】：本文首先研究了如何用空间匹配的高空间分辨率的成像仪的云检测信息来客观确定高光谱分辨率的大气垂直探测器的云检测。 接着研究了晴空条件下大气温、湿、臭氧廓线及表层温度、地表比辐射率等的反演问题。用特征向量统计法反演的廓线作为物理反演法的初始猜值,利用一阶变分原理从辐射传输方程中得到了大气温度、水汽等权重函数的解析形式,然后利用牛顿非线性物理迭代法求解表层温度、大气温度廓线和水汽廓线等,其遥感精度能达到数值天气预报的要求,即温度反演误差小于1K,水汽相对湿度反演误差小于10%。 其次,假定探测器相邻几个视场具有相同的云高及大气温、湿廓线,对有云情况下大气廓线及云参数(云高和有效云量)的反演进行了研究。我们尝试了一种最优去云或晴空订正法,从辐射强度中除去云的影响,得到等效的晴空辐射强度,先对部分有云影响视场做晴空辐射订正得到单视野分辨率的高光谱红外探测器的等效晴空辐射强度,然后再反演其大气廓线。实际反演采用的主要是载在EOS(Earth Observing System)上的AIRS(Atmospheric InfraRed Sounder)和MODIS(Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer)观测资料。将AIRS的晴空辐射强度用MODIS的光谱响应函数卷积到所有的MODIS红外通道上,然后对所有晴空订正成功的象素点,将卷积的晴空辐射亮温与MODIS的实际观测晴空亮温进行比较,发现在大部分MODIS红外通道上卷积亮温与MODIS晴空观测亮温的偏差和标准偏差分别为0.25K和0.5K。另一种评价最优晴空订正算法好坏的办法是与目前业务使用的AIRS/AMSU(the Advanced Microwave Sounding Unit)晴空订正结果比较,将MODIS晴空观测值作为真值,统计结果表明我们的晴空订正辐射值明显优于AIRS/AMSU的晴空订正产品。用MLEV(Minimum Local Emissivity Variance)算法可同时反演云高及有效云比辐射率谱。 最后,讨论了AIRS探测器序列定位误差对其观测值、晴空订正辐射强度和云特性反演的影响。