探測“地球的呼吸”：中國碳衛(wèi)星首幅全球陸表大氣二氧化碳分布圖

中國碳衛(wèi)星原理和大氣物理所反演算法

圖3. 中國科學(xué)院大氣物理研究所反演算法獲取的首幅中國碳衛(wèi)星大氣二氧化碳全球分布圖，（上圖)2017年4月，（下圖)2017年7月。色標(biāo)表示大氣二氧化碳柱平均干空氣混合比（XCO2）。圖中填色點表示中國碳衛(wèi)星觀測的大氣二氧化碳濃度，縱向每條表示衛(wèi)星過境時候的向下觀測。 本`文內(nèi).容.來.自：中`國`碳`排*放*交*易^網(wǎng) t a npai fan g.com

大氣中的氣體可以吸收太陽光，使穿過大氣的太陽光具有特殊的光譜結(jié)構(gòu)。CO2在短波紅外吸收太陽光，含量越高，吸收越強，表現(xiàn)出吸收線越暗。碳衛(wèi)星搭載的光柵光譜儀就可以識別出這些暗線，通過理論模擬計算，了解光譜的形態(tài)，就可以解析出CO2在大氣中的含量，這個過程在衛(wèi)星遙感中稱作“反演”。太陽光輻射進(jìn)入大氣后，會受到分子散射、云和氣溶膠散射和地表反射的影響，同時其他氣體，例如：水汽和甲烷，也會產(chǎn)生吸收結(jié)構(gòu)，這些都會對觀測結(jié)果產(chǎn)生復(fù)雜影響，這些影響直接會造成觀測精度需求極高的CO2探測數(shù)據(jù)無效（優(yōu)于0.5%）。“反演”的重要工作之一就是將這些影響剔除或者降低，以保證數(shù)據(jù)有效。中國科學(xué)院大氣物理研究所反演算法（The Institute of Atmospheric Physics Carbon Dioxide Retrieval Algorithm for Satellite Remote Sensing, IAPCAS），是基于最優(yōu)估計方法的“全物理”反演算法，針對中國碳衛(wèi)星觀測方式和載荷指標(biāo)，研發(fā)了中國碳衛(wèi)星反演算法（TanSORA）。反演中高精度模擬太陽輻射在大氣中傳輸過程和衛(wèi)星探測光譜，與實測光譜進(jìn)行對比，通過迭代調(diào)整大氣CO2含量和其它對反演影響的大氣和地表參數(shù)（例如：地表氣壓、溫度、水汽、氣溶膠、地表反射率等），最終模擬光譜和實測光譜的一致性滿足既定的條件，對應(yīng)的CO2含量即為反演結(jié)果。

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