【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及卫星大气遥感
,尤其涉及短波近红外波段二氧化碳卫星遥感最优化反演方法。
技术介绍
IPCC认为,近一个世纪以来大气二氧化碳浓度的迅速上升导致了全球气候变暖,二氧化碳的浓度及其空间分布是全球气候变化评估中的主要不确定因素之一。由于二氧化碳的主要源汇集中在近地层大气,所以大气底层二氧化碳浓度的分布成为研究热点。传统地基观测网点分布稀疏,其观测数据不能满足应用需求,卫星遥感技术则可以弥补地基点观测数据有限的缺陷。美国于20世纪七十年代最先设计了由于大气遥感探测的卫星传感器HIRS,早期主要用于探测大气中二氧化碳和水汽,反演大气的温度廓线。早期的传感器主要利用大气的热辐射信息,卫星传感器记录的热辐射数据对近地层大气状态参数不敏感,包含的近地层大气状态信息量很少。紫外-可见光-短波近红外遥感方式则可以弥补热红外遥感的这一缺陷,该波段范围内卫星传感器接收的是经过地表反射的太阳辐射,包含了近地层大气状态参数信息。当前已有的温室气体短波近红外卫星遥感监测,包括有ENVISAT上搭载的SCIAMACHY观测数据,日本的GOSAT搭载的TANSO-FTS传感器观测数据。具有极高光谱分辨率的二氧化碳近红外遥感卫星可以提供上千通道的观测数据,包含了二氧化碳的廓线信息,如何有效精确地众多观测数据中计算提取二氧化碳的浓度信息?这是二氧化碳卫星遥感反演工作研究的核心。大气辐射传输模型属于第一类非线性Fredholm方程,所以基于辐射传输模型的二氧化碳反演问题是不适定的,这使得通常的数值求解方法失效。大气廓线的物理反演方法,理论上可以统一到最优化理论的框 ...
【技术保护点】
一种提高短波红外卫星二氧化碳反演速度的方法,其特征在于,包括以下步骤: S1、利用来自大气模式模拟的二氧化碳先验廓线数据,计算地理网格化的二氧化碳先验协方差矩阵; S2、将所述二氧化碳先验廓线数据输入到辐射传输模型的正向模型中,计算得到大气整层透过率初始值,基于逐层强制干扰的方法用正向模型计算每层廓线二氧化碳浓度的权重函数,构成权重函数矩阵; S3、第一次迭代时,从先验廓线数据中挑选二氧化碳先验值输入所述正向模型,设定迭代步长因子的初始值,若非第一次迭代,则用上次迭代中的步长因子值,读入卫星二氧化碳通道实际观测值,利用最优化迭代模型计算本次迭代二氧化碳的浓度值,并将所述二氧化碳浓度值输入所述正向模型,计算卫星观测模拟值; S4、利用步骤S3所述卫星观测模拟值,计算代价函数值;若所述代价函数值在误差阈值以内,则反演结束,步骤S3所述二氧化碳浓度值即为反演结果;否则继续迭代;第一次迭代时,比较用所述卫星观测模拟值计算得到的代价函数值和用所述二氧化碳初始值计算得到的代价函数值;若非第一次迭代,则比较本次和上次迭代后计算得到的代价函数值;若本次迭代后计算的代价函数值相对减小,则反演结束;继续迭 ...
【技术特征摘要】
1.一种提高短波红外卫星二氧化碳反演速度的方法,其特征在于,包括以下步骤: S1、利用来自大气模式模拟的二氧化碳先验廓线数据,计算地理网格化的二氧化碳先验协方差矩阵; S2、将所述二氧化碳先验廓线数据输入到辐射传输模型的正向模型中,计算得到大气整层透过率初始值,基于逐层强制干扰的方法用正向模型计算每层廓线二氧化碳浓度的权重函数,构成权重函数矩阵; S3、第一次迭代时,从先验廓线数据中挑选二氧化碳先验值输入所述正向模型,设定迭代步长因子的初始值,若非第一次迭代,则用上次迭代中的步长因子值,读入卫星二氧化碳通道实际观测值,利用最优化迭代模型计算本次迭代二氧化碳的浓度值,并将所述二氧化碳浓度值输入所述正向模型,计算卫星观测模拟值; S4、利用步骤S3所述卫星观测模拟值,计算代价函数值;若所述代价函数值在误差阈值以内,则反演结束,步骤S3所述二氧化碳浓度值即为反演结果;否则继续迭代;第一次迭代时,比较用所述卫星观测模拟值计算得到的代价函数值和用所述二氧化碳初始值计算得到的代价函数值;若非第一次迭代,则比较本次和上次迭代后计算得到的代价函数值;若本次迭代后计算的代价函数值相对减小,则反演结束;继续迭代时,减小步长因子值,返回步骤S3。2.如权利要求1所述提高短波红外卫星二氧化碳反演速度的方法,其特征在于,所述逐层强制干扰的方法是: 向二氧化碳廓线的第一层浓度数据数增加一定比例的变量,然后...
【专利技术属性】
技术研发人员:邹铭敏,陈良富,陶金花,张莹,范萌,苏林,
申请(专利权)人:中国科学院遥感与数字地球研究所,
类型:发明
国别省市:北京;11
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