[发明专利]一种火星大气沙尘气溶胶光学厚度反演方法

说明书

本发明公开一种火星大气沙尘气溶胶光学厚度反演方法，包含以下步骤：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，选择沙尘气溶胶反演谱段；用地表发射率真实值、大气背景数据初始值、地表温度初始值，生成火星大气状态向量初始值；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大气层顶出射辐亮度，再加上所述观测噪声，得到PFS模拟辐亮度；反演大气状态向量，循环计算所述PFS模拟辐亮度使代价函数最小。本发明的方法可以稳定地、快速方便地进行沙尘气溶胶含量反演，减少火星地表贡献不准确对大气反演结果精度的影响。

技术领域

本发明涉及卫星遥感大气成分反演技术领域，涉及一种沙尘气溶胶光学厚度快速反演方法。

背景技术

沙尘气溶胶是火星大气的重要成分，大气中常年悬浮着沙尘气溶胶且几乎每年都会爆发多次大规模的沙尘暴。火星沙尘气溶胶的分布和属性与火星水汽和二氧化碳循环有关，了解沙尘气溶胶的循环和属性有助于探索火星大气。

火星快车号(MEX)是目前持续观测时间最久的火星轨道探测器，其行星傅里叶光谱仪(PFS)数据具备多种大气成分的反演能力，是研究火星大气成分时空变化特性及不同成分的相互作用的重要数据。

目前火星的沙尘气溶胶监测的物理反演方法，通过循环迭代计算得到沙尘气溶胶光学厚度使其模拟辐射与观测辐射最为接近，观测辐射包括地表贡献和大气贡献两部分，在物理反演算法中，首先需要已知地表信息(地表发射率、地表温度)，才能进一步获出大气信息，而实际中地表与大气信息均未知便是典型的病态反演问题。

MEX-PFS数据由于信噪比问题无法用于反演地表发射率，很多反演算法中将地表发射率假定为均匀的；此外MEX-PFS数据反演时地表温度通过其亮温计算，不能准确的代表地表温度，这种火星地表的不确定假设会引进大气反演的误差。

物理反演中另外一个问题便是巨大的数据量运算，MEX-PFS的高光谱特性使得反演波谱数量巨多，此外大气模型在计算气溶胶的散射效应时需要巨大的运算量。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提出一种火星大气沙尘气溶胶光学厚度反演方法，目的在于提供一种可以稳定地、快速方便地针对MEX-PFS数据的沙尘气溶胶含量反演的方法，减少火星地表贡献确定不准确对大气反演结果精度的影响。

为实现上述目的，本发明的实施例所公开的火星大气沙尘气溶胶光学厚度反演方法，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；用地表发射率真实值、大气背景数据初始值、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。