中國(guó)碳衛(wèi)星原理和大氣物理所反演算法

圖3. 中國(guó)科學(xué)院大氣物理研究所反演算法獲取的首幅中國(guó)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(biāo)表示大氣二氧化碳柱平均干空氣混合比（XCO2）。圖中填色點(diǎn)表示中國(guó)碳衛(wèi)星觀測(cè)的大氣二氧化碳濃度，縱向每條表示衛(wèi)星過(guò)境時(shí)候的向下觀測(cè)。 本`文內(nèi).容.來(lái).自：中`國(guó)`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(yáng)光，使穿過(guò)大氣的太陽(yáng)光具有特殊的光譜結(jié)構(gòu)。CO2在短波紅外吸收太陽(yáng)光，含量越高，吸收越強(qiáng)，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(shí)別出這些暗線，通過(guò)理論模擬計(jì)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(gè)過(guò)程在衛(wèi)星遙感中稱(chēng)作“反演”。太陽(yáng)光輻射進(jìn)入大氣后，會(huì)受到分子散射、云和氣溶膠散射和地表反射的影響，同時(shí)其他氣體，例如：水汽和甲烷，也會(huì)產(chǎn)生吸收結(jié)構(gòu)，這些都會(huì)對(duì)觀測(cè)結(jié)果產(chǎn)生復(fù)雜影響，這些影響直接會(huì)造成觀測(cè)精度需求極高的CO2探測(cè)數(shù)據(jù)無(wú)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(guó)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(jì)方法的“全物理”反演算法，針對(duì)中國(guó)碳衛(wèi)星觀測(cè)方式和載荷指標(biāo)，研發(fā)了中國(guó)碳衛(wèi)星反演算法（TanSORA）。反演中高精度模擬太陽(yáng)輻射在大氣中傳輸過(guò)程和衛(wèi)星探測(cè)光譜，與實(shí)測(cè)光譜進(jìn)行對(duì)比，通過(guò)迭代調(diào)整大氣CO2含量和其它對(duì)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(shí)測(cè)光譜的一致性滿足既定的條件，對(duì)應(yīng)的CO2含量即為反演結(jié)果。