华北地区高浓度气溶胶背景对大气温室气体和环境污染气体的卫星遥感反演的影响

The satellite measurement of the inventories of atmospheric green house gases and atmospheric pollutants, it is vital to deal with the challenges of diplomatic negotiation of global climate change and reducing atmospheric environment pollution, which have close relation to several national key projects of science and technology. However, the key problems in the satellite measurements is: considering the background of high aerosol loading in the most developed regions of China, how can we get the reliable observational data of the atmospheric green house gases and atmospheric pollutants from satellite platforms?　This project plans to do assessment of the effect of high aerosol loading in the northern China on the satellite remote sensing of tmospheric green house gases and atmospheric pollutants, by means of numerical simulation of the complex procedures of light scattering due to atmospheric aerosols by utilizing the advanced radiative transfer model, and by comprehensive observation of aerosol optical depth, size distribution, absorption property, and their vertical distributions of atmospheric aerosols. This study is trying to propose the technical methods of improving the current satellite remote sensing algorithm, making important contribution to the challenge problems in reducing the uncertainty of the data products of the future satellites of measuring CO2 concentration and atmospheric environment.

大气温室气体和大气污染物的浓度及其相关的排放数量的遥感监测，是应对我国气候变化外交谈判和大气环境污染控制重大任务所急需解决的重要课题，与多项国家重大科技专项任务密切相关。然而上述遥感监测任务遇到的瓶颈问题是：如何在我国发达地区普遍高污染的大气背景条件下，通过卫星反演获得比较可信的大气温室气体和大气污染物浓度的观测结果？本课题拟利用先进辐射传输模式开展大气气溶胶对光散射的复杂过程的模拟研究，利用太阳光度计、激光雷达、粒径谱仪等先进配套仪器开展华北地区大气气溶胶的光学厚度、粒径谱、吸光特性以及垂直分布的综合性观测，采用理论模拟和观测实验相结合的技术方案，评估华北地区高浓度气溶胶背景对卫星遥感反演大气温室气体和大气污染气体浓度的影响程度，提出改进现有遥感反演方案的技术思路，为破解我国未来碳卫星和大气环境监测卫星面临的最终数据产品质量难以满足应用需求的遥感瓶颈问题作出重要贡献。

大气温室气体和大气污染物的浓度及其相关的排放数量的遥感监测，是应对我国气候变化外交谈判和大气环境污染控制重大任务所急需解决的重要课题，与多项国家重大科技专项任务密切相关。通过本项目研究建立了香河傅里叶红外高分辨率光谱仪温室气体浓度观测站，对标了全球大气成分变化探测网络（NDACC）和全球CO2浓度观测网络（TCCON）的观测规范和数据质量要求，获得了从2018年6月以来的太阳红外高分辨率光谱数据，发展了高浓度大气气溶胶背景下反演CO2、CH4、CO等6种大气成分柱浓度的反演方法，获得了华北地区代表性站点香河站这些温室气体柱浓度的地基观测高精度反演数据。这些数据为验证国内外CO2浓度监测卫星遥感数据产品质量奠定了基础，为参与国际数据交换提供了条件。在香河和兴隆站十多年的观测基础上，获得了项目执行期四年内的大气气溶胶光学厚度观测数据增量。获得了累计超过10年的香河大气综合观测试验站利用先进的多轴差分吸收光谱仪MAXDOAS观测反演的NO2、SO2、O3等大气成分柱浓度观测数据，结合OMI卫星观测数据，分析得出了北京及至周边地区NO2和SO2排放变化趋势，为了解华北地区及全国的大气污染状况提供了科学数据及分析结果。发展了利用地基多轴差分吸收光谱仪观测光谱反演气溶胶的消光系数垂直廓线和光学厚度的最优估计算法，可用于补充全球气溶胶观测网络的气溶胶光学特性数据，具有应用推广价值，可补充全球气溶胶观测网络获得的气溶胶特性数据。利用OMI、AIRS等卫星遥感数据产品，分析得出了2005-2018年期间的对流层NO2柱浓度的时空变化特征、以及欧亚区域CO柱含量的变化趋势。共发表学术论文12篇，其中SCI论文10篇。.关键词：卫星遥感；大气痕量气体；温室气体；FTIR；MAX-DOAS.Key words: satellite remote sensing, atmospheric trace gases, green-house gases, FTIR, MAX-DOAS