用统计方法修正云天紫外后向散射探测大气臭氧总量的反演误差研究

臭氧的观测和研究已成为大气和环境科学研究的一项重要内容，紫外后向散射是目前探测大气臭氧总量的主要手段之一。我国风云三号携带的紫外后向散射臭氧总量探测仪TOU的成功运转对我国的臭氧研究有着重要意义。在实际的臭氧总量反演过程中，反演的精度除了与仪器本身的定标精度有关外，还和反演算法的精度有关。云在目前反演算法中被视为不透明的有效反照面，由于云中以及云下臭氧对紫外辐射的吸收使得反演出的臭氧总量总是被高估，称该效应为"云吸收效应"。本项目利用统计的方法，将"云吸收效应"引起的臭氧总量反演偏差与云顶有效反照率和云顶气压建立方便实用的拟合关系式，从而达到对云天臭氧反演值进行修正的目的。本项目的开展对云天臭氧总量反演精度的提高有着重要的意义。

臭氧的观测和研究已成为大气和环境科学研究的一项重要内容，紫外后向散射是目前探测大气臭氧总量的主要手段之一。在实际的臭氧总量反演过程中，反演的精度除了与仪器本身的定标精度有关外，还和反演算法的精度有关。云在目前反演算法中被视为不透明的有效反照面，由于云中以及云下臭氧对紫外辐射的吸收使得反演出的臭氧总量总是被高估，称该效应为“云吸收效应”。本文以V7版本反演算法为基础模拟计算了云天臭氧总量反演误差及“云吸收效应”的影响因子，由于影响“云吸收效应”的因子很多，若要对“云吸收效应”引起的误差进行精确订正是十分困难的。本项目用统计的方法，采用大量样本建立 和与之相关的两个重要云参数（云顶有效反照率 和云顶气压 ）的统计回归关系，求得回归系数，得到不同 时 和 的拟合关系式，从而利用每次探测容易获取的 和 对有云天臭氧总量的反演误差进行订正。本项目的最终目标是对紫外后向散射探测云天大气臭氧总量的反演误差进行订正，以提高云天大气臭氧总量的反演精度。. 用FY3A星载臭氧总量探测仪TOU获得的实测数据进行理论验证及算法研究：选择探测时间尽量同步的两个相邻像元，同时这两个像元一个上空有云（云有效因子CF>50%），而另一个无云（CF<5%），这两个像元的臭氧总量反演值的差即假设为“云吸收效应”引起的误差 ，根据探测器360nm波段获得的下垫面反照率及ISCCP提供的云高数据与 实现统计回归。将有云区的数据按反照率分为0.4-0.5、0.5-0.6、0.6-0.7、0.7-0.8四组，在同一类反照率下，将每组数据的 与云高进行线性拟合，拟合的系数用以修正云天臭氧总量。研究表明修正后的臭氧总量与修正前得最大差-25%，统计平均偏差为-7.5%。地基、TOU及 OMI臭氧总量的比较表明三者数值呈现一致的变化趋势，TOU和地基观测相对偏差均方根平均值为3.5%，较修正前有所提高。. 研究中所用的FY3A星载臭氧总量探测仪TOU由于发射前得实验室辐亮度定标存在系统偏差，而进行星上辐亮度定标存在一定难度，本文介绍了利用辐射传输计算对TOU进行在轨定标的方法，并利用新的定标系数反演臭氧总量，将反演结果与地基以及卫星的探测结果进行了定量的比较，定性及定量的比较证明了在轨定标方法的可行性。