探測“地球的呼吸”:中國碳衛(wèi)星首幅全球陸表大氣二氧化碳分布圖

文章來源:大氣科學(xué)進展AAS2018-04-16 17:19

中國碳衛(wèi)星原理和大氣物理所反演算法

探測“地球的呼吸”:中國碳衛(wèi)星首幅全球陸表大氣二氧化碳分布圖

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圖3. 中國科學(xué)院大氣物理研究所反演算法獲取的首幅中國碳衛(wèi)星大氣二氧化碳全球分布圖,(上圖)2017年4月,(下圖)2017年7月。色標表示大氣二氧化碳柱平均干空氣混合比(XCO2)。圖中填色點表示中國碳衛(wèi)星觀測的大氣二氧化碳濃度,縱向每條表示衛(wèi)星過境時候的向下觀測。 本`文內(nèi).容.來.自:中`國`碳`排*放*交*易^網(wǎng) t a npai fan g.com


大氣中的氣體可以吸收太陽光,使穿過大氣的太陽光具有特殊的光譜結(jié)構(gòu)。CO2在短波紅外吸收太陽光,含量越高,吸收越強,表現(xiàn)出吸收線越暗。碳衛(wèi)星搭載的光柵光譜儀就可以識別出這些暗線,通過理論模擬計算,了解光譜的形態(tài),就可以解析出CO2在大氣中的含量,這個過程在衛(wèi)星遙感中稱作“反演”。太陽光輻射進入大氣后,會受到分子散射、云和氣溶膠散射和地表反射的影響,同時其他氣體,例如:水汽和甲烷,也會產(chǎn)生吸收結(jié)構(gòu),這些都會對觀測結(jié)果產(chǎn)生復(fù)雜影響,這些影響直接會造成觀測精度需求極高的CO2探測數(shù)據(jù)無效(優(yōu)于0.5%)。“反演”的重要工作之一就是將這些影響剔除或者降低,以保證數(shù)據(jù)有效。中國科學(xué)院大氣物理研究所反演算法(The Institute of Atmospheric Physics Carbon Dioxide Retrieval Algorithm for Satellite Remote Sensing, IAPCAS),是基于最優(yōu)估計方法的“全物理”反演算法,針對中國碳衛(wèi)星觀測方式和載荷指標,研發(fā)了中國碳衛(wèi)星反演算法(TanSORA)。反演中高精度模擬太陽輻射在大氣中傳輸過程和衛(wèi)星探測光譜,與實測光譜進行對比,通過迭代調(diào)整大氣CO2含量和其它對反演影響的大氣和地表參數(shù)(例如:地表氣壓、溫度、水汽、氣溶膠、地表反射率等),最終模擬光譜和實測光譜的一致性滿足既定的條件,對應(yīng)的CO2含量即為反演結(jié)果。

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