中高层NOx廓线反演算法及其误差分析研究

As important precursors of ozone depletion, NOx plays a key role in global atmospheric chemistry and climate change. Research on inversion algorithms of the Atmospheric Infrared Ultraspectral Sounder aboard on GaoFen5 satellite is of great significance to promote the scientific application of occultation exploration in China. At present, due to the existence of the atmospheric parameter error, the calculation of background covariance matrix and the observation noise lead to the slow convergence or even non-convergence, when retrieving atmospheric trace gases using the typical Gauss-Newton algorithm. When using GF5-AIUS to retrieve the NOx profiles in middle and upper levels, based on the established initial atmospheric parameters and the adjusted atmospheric tangent, classical physical inversion model is Quantitatively analyzed to solve the formation mechanism of instability. Based on this model, parameters in LM model are solved, and appropriate inversion channels are selected to improve the convergence speed, inversion accuracy and stability of NO2 and NO profiles.

NOx作为O3耗损的前提物，在全球大气化学与气候变化方面起着重要的作用，开展我国高分五号（GF5）卫星上的大气红外甚高分辨率探测仪（AIUS）反演技术研究，对促进我国掩星探测的科学应用具有十分重要的意义。目前，基于掩星探测反演大气痕量气体的最优估计算法，由于大气参数误差、背景协方差矩阵计算问题、观测仪噪声的存在，导致利用牛顿高斯算法进行迭代时，导致收敛速度较慢甚至不收敛。在利用GF5-AIUS反演中高层NOx廓线时，在建立大气初始场、切高校正的基础上，定量分析经典的物理反演模型求解不稳定的形成机理，据此建立模型求LM模型中的参数，并且选择合适的反演通道，提高中高层NOx (NO2和NO)廓线物理反演模型的收敛速度、反演精度和稳定性。

大气中的NOx参与大气中O3的生成和耗损，研究大气中NOx廓线的变化情况对全球气候循环起到关键的作用。目前国内外针对大气痕量成分的研究主要基于天底、临边和掩星等遥感探测方式，GF5-AIUS是我国自主研究发射的临边载荷，对于我国临边事业的发展起到了促进的作用。本项目针对掩星探测反演大气痕量气体的最优估计算法，存在大气参数误差、背景协方差矩阵计算问题、观测仪噪声的存在，导致利用牛顿高斯算法进行迭代时，导致收敛速度较慢甚至不收敛的问题，在利用GF5-AIUS反演中高层NOx廓线时，在建立大气初始场、切高校正的基础上，定量分析经典的物理反演模型求解不稳定的形成机理，据此建立模型求LM模型中的参数，并且选择合适的反演通道，提高了中高层NOx (NO2和NO)廓线物理反演模型的收敛速度、反演精度和稳定性。基于以上研究，本项目利用GF5-AIUS一级数据，进行切高校正，形成了一套基于查找表的切高校正算法，利用ARTS正向辐射传输模型，进行敏感性分析及通道选择，筛选出了高敏感性的NOx反演通道，利用LM算法进行NOx廓线的反演和验证，形成了一套基于最优化理论的反演算法，发表了相关论文３篇，申请专利２项，目前授权１项，并开发相关的算法４套。