[发明专利]一种提高温室气体浓度反演精度的方法

说明书

技术领域

本发明涉及环境大气中气体浓度的光谱反演领域，具体为一种提高温室气体浓度反演精度的方法。

背景技术

温室效应已经成为全球性的环境问题，引起世界各国的普遍关注。温室气体导致的温室效应会产生一系列环境问题和经济问题，例如，导致全球气温持续升温、冰川融化、海平面上升、地球病虫害增多、气候反常、海洋风暴增多等等。目前，很多国家都实时在线监测环境大气中温室气体浓度的波动，以确保排放的温室气体符合相关减排规定。

二氧化碳(CO₂)、甲烷(CH₄)、氧化亚氮(N₂O)等是造成地球气候变化最重要的人类温室气体。尽管它们的作用巨大，人们对它们自然和人为源(或汇)的认知仍存在很大空白。部分原因在于人们很难评估具有高时空变化率的自然和人为温室气体源排放。此外，CO₂和CH₄在大气中混合较为均匀，浓度差别较小，如CO₂南北半球近地层大气CO₂含量的最大差异只有10ppm左右，年均波动率小于2%，大气中CH₄南北半球的近地层大气CH₄含量最大差异也不足200ppb，CH₄对全球变暖有着更为重要的贡献。准确地掌握温室气体的浓度波动及排放量一直是一个挑战。因此，为了能非常灵敏地分辨温室气体地面源和汇在强背景下的少量波动，有必要研究出一种提高温室气体浓度反演精度的方法，以确保准确掌握区域内环境大气中温室气体浓度的波动规律。

发明内容

本发明的目的是提供一种提高温室气体浓度反演精度的方法，以解决现有技术无法准确判断非气体吸收光谱衰减、无法准确获得测量光谱观测物理参数、无法准确修正太阳结构和系统固有结构而导致相对反演精度较低，无法高精度分辨温室气体浓度波动规律的问题。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：

一种提高温室气体浓度反演精度的方法，所述反演精度的提高方法适用于被动红外光谱反演温室气体的浓度，被动红外光谱可由地基、球载、船载、机载或星载光谱仪记录的直射太阳光谱或散射光谱得到，包括以下途径：

（1）、建立一定的红外光谱筛选法则，去掉受云层、气溶胶等影响严重或者拟合效果很差的测量光谱；和/或；

（2）、利用精确的测量光谱观测物理参数（光谱记录时间、记录地点经纬度、记录地点海拔高度、太阳天顶角、地面反照率、温度廓线、气压廓线、气溶胶廓线、云层模型、反演波段内气体及干扰气体廓线、大气层高度、仪器函数）实现测量光谱的准确建模；和/或；

（3）、温室气体浓度反演过程中，加入一条修正光谱参与拟合，用来修正太阳结构和系统结构。

所述提高温室气体浓度反演精度的方法，所述途径（1）中的红外光谱筛选法则可通过判断观测场景、测量光强、拟合误差、拟合参数、太阳天顶角的优劣来建立。

所述提高温室气体浓度反演精度的方法，其特征在于：所述途径（2）中精确的测量光谱观测物理参数可以借助辐射传输模拟软件SCIATRAN平台，通过研究测量光谱观测物理参数的敏感性获得。

所述提高温室气体浓度反演精度的方法，所述途径（3）中的修正光谱可以在不考虑太阳结构和系统结构前提下，通过对多条测量光谱拟合残差的比较统计出来。

所述提高温室气体浓度反演精度的方法，所述反演精度的提高是指针对某一特定的实验装置，通过优化温室气体浓度反演方法和过程来提高反演精度，而不是通过升级实验装置性能来提高反演精度。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

本发明涉及的提高温室气体浓度反演精度的方法，采用以下途径提高温室气体浓度的反演精度：（1）建立一定的红外光谱筛选法则，去掉受云层、气溶胶等影响严重或者拟合效果很差的测量光谱，与现有技术相比，目标光谱更具选择性；（2）利用精确的测量光谱观测物理参数（光谱记录时间、记录地点经纬度、记录地点海拔高度、太阳天顶角、地面反照率、温度廓线、气压廓线、气溶胶廓线、云层模型、反演波段内气体及干扰气体廓线、大气层高度、仪器函数）实现测量光谱的准确建模，与现有技术相比，通过提高测量光谱建模精度来提高参考光谱精度；（3）温室气体浓度反演过程中，加入一条修正光谱参与拟合，用来修正太阳结构和系统结构，本发明所涉及的修正光谱修正方法明显优于现有技术的修正方法。因为这种方法不仅能修正太阳的夫琅和费结构，还能修正系统的固有结构，再者由于修正光谱由同一个光谱仪拟合得到，不存在不同仪器的性能差引入的误差。