卫星天底和临边模式联合反演对流层二氧化氮柱浓度算法研究

Troposphere NO2, a key role affecting human health and ecosystems, has been one of the most important air pollutants. Satellite measurements for monitoring atmospheric trace gases like NO2 have been applied by virtue of unique predominance in recent years. Retrieval uncertainties for vertical tropospheric NO2 columns from stratospheric NO2 estimation and air mass factor based on satellite nadir observation mode constrain the retrieval methods and precisions. Against the research status and urgent need for related field at home and abroad, this project develops a tropospheric NO2 retrieval algorithm for combining satellite multi-observation modes on the basis of high resolution satellite limb measurements. To improve retrieval precision, introducing limb measurements for estimating stratospheric NO2 concentration to shed that signs from total atmosphere effectively. Then to quantify the errors in forward model parameters for tropospheric NO2 retrieval. Besides, to diminish the validated errors for different grid scale with satellite and ground measurement.

对流层二氧化氮严重影响着生态系统和人类健康，已成为大气环境监测的重要污染物之一。卫星遥感技术凭借其自身优势，已被应用于二氧化氮气体的探测。但目前基于卫星天底观测模式获取对流层二氧化氮垂直柱浓度的过程中，由平流层浓度估算和大气质量因子计算时产生的不确定性限制了反演方法和精度。针对国内外研究现状及相关研究发展的迫切需求，本项目在卫星高分辨率临边探测载荷不断发展的前提下，开展多模式联合反演对流层二氧化氮垂直柱浓度的算法研究，拟在用天底模式反演对流层二氧化氮垂直柱浓度的过程中，引入临边观测数据来估算平流层二氧化氮浓度，有效去除整层大气中的平流层信号；并定量分析前向模型参数对反演结果的影响，在精度验证时削弱因卫星和地基观测尺度差异而产生的误差，以提高反演精度。

卫星遥感是监测大气环境的重要手段。随着高光谱载荷研制技术不断发展，同一卫星平台可以搭载不同观测方式的大气探测仪，本项目结合对流层二氧化氮反演过程中需要分离平流层浓度的特点，由此探索了利用同一卫星平台AURA的HIRDL（临边观测）与OMI(天底观测)数据联合反演对流层二氧化氮垂直柱浓度方法。本项目主要完成的内容如下：1）研究HIRDLS数据特点，构建估算平流层二氧化氮浓度；2）基于辐射传输模型模拟分析前向模型参数对大气质量因子的影响；3）基于差分吸收法获得研究区域整层二氧化氮斜柱浓度，并去除平流层二氧化氮浓度，构建大气质量因子查找表，转换斜柱浓度为对流层垂直柱浓度。通过本项目研究可以对基于卫星反演对流层二氧化氮浓度的方法，以及载荷研制论证有参考意义。