中國(guó)科學(xué)院大氣物理研究所副研究員周敏強(qiáng)和中國(guó)氣象局研究員張興贏合作,基于最優(yōu)估計(jì)理論研發(fā)了一套氨氣濃度的反演算法,并應(yīng)用于風(fēng)云三號(hào)D星的觀測(cè)光譜,獲得了風(fēng)云氣象衛(wèi)星首幅大氣中氨氣濃度的全球分布圖;同時(shí),與歐洲紅外大氣探測(cè)干涉儀衛(wèi)星(IASI)的氨氣觀測(cè)結(jié)果進(jìn)行比較,論證了風(fēng)云衛(wèi)星氨氣觀測(cè)資料的可靠性。這一研究對(duì)于未來利用國(guó)產(chǎn)衛(wèi)星發(fā)展實(shí)現(xiàn)對(duì)全球大氣環(huán)境的遙感監(jiān)測(cè)具有指導(dǎo)意義。近期,相關(guān)研究成果作為封面文章,發(fā)表在《大氣科學(xué)進(jìn)展》(Advances in Atmospheric Sciences)上。
該工作基于最優(yōu)估計(jì)理論研發(fā)了一套NH3柱濃度的全物理反演算法。研究結(jié)合紅外高光譜大氣探測(cè)儀(HIRAS)載荷的儀器響應(yīng)函數(shù)和觀測(cè)光譜,通過分析氨氣的紅外吸收特性,選擇960-970 cm?1作為反演窗口。研究采用哥白尼大氣化學(xué)模式結(jié)果作為初始值,在反演氨氣時(shí)進(jìn)行臭氧、二氧化碳、水汽、地表溫度等干擾參數(shù)的同步反演。
左:風(fēng)云氣象衛(wèi)星-3D在軌示意圖;右:紅外高光譜大氣探測(cè)儀。
科研人員基于開發(fā)的反演算法獲得了HIRAS儀器/風(fēng)云氣象衛(wèi)星-3D(FY-3D)首幅大氣NH3柱全球分布圖。結(jié)果表明,HIRAS探測(cè)儀可以很好地捕捉全球NH3高值區(qū),如印度、西非、中國(guó)東部等存在大量NH3排放的地區(qū)。HIRAS衛(wèi)星與IASI衛(wèi)星的NH3反演結(jié)果具有較好的一致性(R:0.28-0.73),兩者相差在其反演誤差范圍內(nèi)。
2020年1月,F(xiàn)Y-3D/HIRAS衛(wèi)星觀測(cè)的全球白天NH3柱總量濃度分布圖。
基于本研究建立的反演算法論證了國(guó)產(chǎn)風(fēng)云氣象衛(wèi)星全球NH3觀測(cè)的能力。而當(dāng)前HIRAS/FY3D在海洋上與高緯度地區(qū)存在反演精度低的問題。這主要是由于在海洋上NH3的濃度低,傳感器捕捉到的NH3信號(hào)弱;在高緯度地區(qū)地表溫度低,熱對(duì)比度小,導(dǎo)致光譜噪聲大。未來,研究人員將進(jìn)一步改進(jìn)反演算法,引入神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法以彌補(bǔ)現(xiàn)有最優(yōu)估計(jì)算法的不足,提升反演精度并提高海洋和高緯度地區(qū)的有效觀測(cè)數(shù)據(jù)。升級(jí)后的算法將拓展應(yīng)用于風(fēng)云氣象衛(wèi)星-3E、風(fēng)云氣象衛(wèi)星-3F等。
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算法
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衛(wèi)星
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探測(cè)儀
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原文標(biāo)題:大氣所等發(fā)布風(fēng)云3D/HIRAS衛(wèi)星首幅全球氨氣濃度遙感圖像
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