基于静止卫星组网观测估算全球主要沙漠沙尘释放量

Three geostationary satellites, such come from China, Europe and U.S, could cover the whole global. Using the space borne hyper spectral instruments as the benchmark reference radiation, such as IASI and AIRS, the radiometric bias between different satellites has been corrected using the Global Space-based Inter-Calibration System. A set of multi-satellite observations data with well calibration has been generated, which could cover the main desert of the world. The sand dust aerosol optical depth (SAOD) per hour could be retrieved by the statistical approach of Infrared difference dust index and improved infrared split window retrieval method. Based on SAOD, a method of estimating the sand dust emission loading has been developed. Using this dust emission loading from satellite observation, the parameters in a model named NICAMS-SPRINTARS could be optimized. Base on the improved model simulation results and satellite observation, the global dust distribution could be displayed. Such work could promote the ability of the dust monitoring; improve our scientific understanding to global dust aerosols distribution, emission and transportation. Furthermore, this data is very useful in the radioactive forcing calculation and climate change research.

利用中国、欧洲、美国的三颗静止卫星形成覆盖全球的遥感卫星观测网，以IASI、AIRS等星载高光谱仪器作为参考辐射基准，基于全球空基交叉定标GSICS方法对不同卫星观测资料进行辐射资料偏差订正，生成不少于一年的、覆盖全球主要沙漠的、定标精度一致的多源静止卫星辐射观测数据。利用红外沙尘指数IDDI统计方法和改进的红外分裂窗定量遥感沙尘方法，反演获得逐小时的沙尘气溶胶光学厚度(SAOD)数据。基于SAOD数据，发展全球主要沙漠的沙尘释放量估算方法。利用沙源地沙尘释放的卫星观测数据优化耦合了气溶胶模块的NICAMS-SPRINTARS模式中的起沙参数化方案。据此研究全球大气中沙尘含量的时空分布特征，并估算全球主要沙漠的沙尘释放量。本项工作有望提升全球沙尘暴的动态监测能力，增强对全球沙尘气溶胶分布、全球沙尘通量及输送等科学问题的理解，进而推动沙尘气溶胶的辐射强迫估算，深化沙尘气溶胶对气候的影响研究。

项目针对目前大气沙尘含量的不确定性问题，结合气象卫星遥感沙尘的特点，研究利用全球多颗卫星资料构建一致性的辐射数据，建立沙尘暴光学厚度与载沙量数据反演方法。基于卫星反演的沙漠区域载沙量与模式模拟值的对比分析，改进其中的参数化方案，最终确定全球主要沙漠的沙尘释放量以及全球大气沙尘含量。.发展红外和可见波段辐射基准一致性订正方法，建立FY-2X/VISSR GEO -LEO交叉定标处理系统，完成了以高光谱传感器IASI、AIRS、CRIS和MODIS为辐射基准的FY-2C/D/E/F辐射计观测偏差的评估和辐射基准一致性订正。以GSICS规范为标准，生成国际规范格式的FY-2系列卫星偏差订正产品以及再定标系数。数据集从2005年开始至今，横跨10年累积29年。.丰富和完善了静止卫星沙尘监测和定量反演方法，从米散射理论和沙尘观测数据正演模拟了沙尘的物理辐射特性，并对比了高光谱遥感卫星对沙尘的实际光谱观测及构建正演雅克比矩阵。基于卫星观测数据对全球沙尘含量进行估算。对比结果显示，基于卫星观测估算的月均沙尘含量分布在5-33Tg之间，该结果与NICAM模式模拟以及MERRA-2结果表现出了较好的一致性，说明基于卫星观测可以实现对全球沙尘含量的估算。.通过气溶胶局地集合转化同行手段和气象场同化技术完成全球双向耦合气溶胶模式NICAM_SPRINTARS起沙模型中的关键参数化方案优化，改进了模式对全球沙尘释放量的估算，并利用卫星观测气溶胶光学厚度参数对全球沙尘释放量估算结果进行了对比验证。完成改进的模式估算全球沙尘释放量和大气沙尘柱含量信息及其时空分布特征。.本项目的研究成果，形成了辐射定标统一的多源卫星L1级观测数据集，探索了基于卫星直接观测的全球沙尘含量方法，并成功将卫星遥感沙尘产品与大气气溶胶模式同化耦合。这些成果提升了全球沙尘暴的动态监测能力，增强对全球沙尘气溶胶分布、全球沙尘通量及输送等科学问题的理解，进而推动沙尘气溶胶的辐射强迫估算，深化沙尘气溶胶对气候的影响研究。