[发明专利]一种卫星遥感大气臭氧廓线反演算法

说明书

本发明公开了一种卫星遥感大气臭氧廓线反演算法，包括步骤1利用臭氧监测仪器‑OMI进行辐射校准和波长校准；步骤2进行辐射传输模型和加权函数计算；步骤3在完成步骤1中臭氧监测仪器‑OMI辐射校准和波长校准以及利用步骤2中计算的辐射光谱模拟值和权重函数参数，进行基于最优估计技术算法反演大气臭氧廓线信息。本发明利用OMI紫外辐射光谱数据，选择拟合波段UV‑1和UV‑2建立一种算法，基于最优估计技术，可反演从地表至60km大气臭氧廓线信息，包括总臭氧柱浓度、对流层臭氧柱浓度以及平流层臭氧柱浓度，实现准确地反演对流层大气臭氧廓线，可用以分析大气臭氧对流运动、交换过程、生物质燃烧和人类污染之间的关系以及追踪臭氧的时空传输。

技术领域

本发明涉及环境科学、卫星遥感技术领域，具体为一种卫星遥感大气臭氧廓线反演算法。

背景技术

大气臭氧只占空气各组份的几百万分之一，却对全球气候和环境变化产生重要影响。自上个世纪70年代，总臭氧柱浓度和臭氧廓线从一系列NASA和NOAA卫星上搭载的太阳后向散射紫外仪器测量数据中反演出来。由于这些仪器分辨低，只能从中反演出(20-25km)-50km的臭氧垂直廓线信息以及云高度以上臭氧柱浓度结果。要想获得更低高度臭氧垂直廓线信息，需要使用高分辨率高光谱仪器。相比于太阳后向散射紫外仪器，通过反演高分辨高光谱仪器—GOME(Global Ozone Monitoring Experiment,全球臭氧监测实验)数据可以获得更多低平流层臭氧信息，但仍然无法严格地确定对流层臭氧信息。

为了获得对流层臭氧垂直廓线信息，需要进行准确的波长和辐射定标以及使用准确的前向模型。通过建立这种算法，我们可以反演出对流层臭氧信息。另外，通过使用国家环境预测中心(National Center for Environment Prediction,NCEP)再分析对流层顶高度数据，可以反演出总臭氧柱浓度、对流层臭氧柱浓度以及平流层臭氧柱浓度。NASA地球观测系统(Earth Observing System,EOS)光环卫星发射于2004年7月15号，它承载了4个观测仪器，其中包括臭氧监测仪器(Ozone Monitoring Instrument,OMI)。OMI测量太阳后向散射辐射有三个通道，它们的波长范围分别是：紫外1(270-310，UV-1)、紫外2(310-365，UV-2)和可见波段(350-500)。OMI具备更宽的视场角(114°)和更高的空间分辨率(13km×48km)。

发明内容

本发明的目的在于提供一种卫星遥感大气臭氧廓线反演算法，通过准确的波长和辐射定标以及使用准确的前向模型，实现从地表至60km大气臭氧廓线信息的反演，并通过大气臭氧廓线，可用以分析大气臭氧对流运动、交换过程、生物质燃烧和人类污染之间的关系以及追踪臭氧的时空传输，以解决现有技术中存在的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种卫星遥感大气臭氧廓线反演算法，包括以下步骤：

S1：利用臭氧监测仪器-OMI进行辐射校准和波长校准；

S2：进行辐射传输模型和加权函数计算；

S3：完成S1中臭氧监测仪器-OMI辐射校准和波长校准以及利用S2中计算的辐射光谱模拟值和加权函数参数，进行基于最优估计技术算法反演大气臭氧廓线信息。

作为本发明进一步的方案：所述步骤S1中的校准方法如下：

S1.1：拟合窗口不同空间分辨率调整；

S1.2：反演速度优化；

S1.3：太阳辐照度光谱优化；

S1.4：仪器线型函数计算；

S1.5：杂散光误差修正。