[发明专利]一种火星大气沙尘气溶胶光学厚度反演方法

权利要求书

1.一种火星大气沙尘气溶胶光学厚度反演方法，其特征在于，包括以下步骤：

对MEX-PFS数据进行定标获取PFS观测辐亮度数据和观测噪声；

对沙尘气溶胶、大气温度、二氧化碳、地表温度和地表发射率因素进行敏感性分析，选择对沙尘气溶胶光学厚度敏感但对其他因素变化不敏感的通道，作为沙尘气溶胶反演谱段；

在地表温度反演谱段设定地表温度初始值，所述设定地表温度初始值，是通过510cm^-1中心和810cm^-1中心通道所述PFS观测辐亮度来计算地表亮温，取均值得到；用地表发射率真实值、大气背景数据初始值、所述地表温度初始值，生成火星大气状态向量初始值；所述大气背景数据，包含平均水汽含量、大气温度廓线、沙尘气溶胶光学厚度、二氧化碳浓度；

在所述沙尘气溶胶反演谱段，计算所述大气状态向量初始值条件下的PFS模拟辐亮度；反演大气状态向量，作为新的大气状态向量初始值，循环计算所述PFS模拟辐亮度，使代价函数最小，得到所述沙尘气溶胶光学厚度和地表温度的反演结果；所述代价函数正相关于所述PFS模拟辐亮度与所述PFS观测辐亮度的差。

2.如权利要求1所述火星大气沙尘气溶胶光学厚度反演方法，其特征在于，计算所述地表发射率真实值的方法包括以下步骤：

下载火星全球探勘者号热辐射光谱仪数据反演的地表温度、沙尘气溶胶光学厚度数据、地表基本吸收谱线、地表吸收振幅数据；

在火星地表每个离散空间范围内选择地表温度高、沙尘气溶胶光学厚度低的象元，作为有效象元；

用所述地表基本吸收谱线、地表吸收振幅数据计算所述有效象元内地表发射率；

在所述每个离散空间范围内，计算所有有效象元内地表发射率的众数，作为所述地表发射率真实值。

3.如权利要求1所述火星大气沙尘气溶胶光学厚度反演方法，其特征在于，

所述设定地表温度初始值，是通过510cm^-1中心和810cm^-1中心的十个通道的所述PFS观测辐亮度来计算地表亮温，取均值得到；

所述十个通道作为所述地表温度反演谱段。

4.如权利要求1所述火星大气沙尘气溶胶光学厚度反演方法，其特征在于，

所述反演大气状态向量，是通过大气状态向量初始值进行误差校正得到；

在所述沙尘气溶胶反演谱段计算和所述地表温度反演谱段分别计算所述PFS观测辐亮度对所述沙尘气溶胶光学厚度和所述地表温度的权重函数；

所述误差校正是结合所述PFS观测辐亮度和所述PFS模拟辐亮度、所述权重函数、以及初始廓线误差协方差矩阵、观测误差协方差矩阵计算；

所述初始廓线误差协方差矩阵指初始状态向量中大气数据与真实大气数据的误差协方差矩阵；

所述观测误差协方差矩阵，为所述观测噪声的对角阵。

5.如权利要求1～4任一所述火星大气沙尘气溶胶光学厚度反演方法，其特征在于，

所述MEX-PFS数据包含火星观测数据、定标观测数据、辅助数据、观测几何数据；

所述火星观测数据包含大气层顶出射辐亮度接收信号值；

所述定标观测数据包含内部黑体辐亮度接收信号值、深空辐亮度接收信号值；

所述辅助数据包含观测元件工作温度、内部黑体温度、火星观测象元个数；

所述观测几何数据包含所述观测象元的观测时间、经纬度、太阳角度和卫星观测角度；

所述进行定标获取PFS观测辐亮度数据的方法包括以下步骤：

用所述内部黑体温度计算内部黑体辐亮度；

用所述内部黑体辐亮度和所述内部黑体辐亮度接收信号值计算出探测器光谱响应和所述观测噪声；

根据所述探测器光谱响应、所述大气层顶出射辐亮度接收信号值、所述深空辐亮度接收信号值，用定标公式计算出所述PFS观测辐亮度。

6.如权利要求1～4任一所述火星大气沙尘气溶胶光学厚度反演方法，其特征在于，所述计算PFS模拟辐亮度的方法，包括以下步骤：

用所述初始大气状态向量初始值，计算大气层顶出射辐亮度；

用所述大气层顶出射辐亮度加上所述观测噪声得到所述PFS模拟辐亮度。