卫星紫外臭氧垂直探测仪的互定标与数据重新反演

综合采用"硬"、"软"定标方法，开展我国风云三号A星紫外臭氧垂直探测仪SBUS与美国NOAA SBUV/2互定标，建立SBUS数据订正方法，通过对订正后的数据重新反演，评估订正方法有效性，最终确定效果最佳的订正方法，改进SBUS数据和产品精度，为未来我国发展卫星紫外臭氧垂直探测仪创造有利条件。"硬"定标是基于星上定标系统的常规互定标方法，通过大气紫外后向散射辐亮度和太阳辐照度观测数据、以及N-值变量的对比，考察SBUS漫反射板和探测器等部件随时间的衰变特性。"硬"定标方法要求观测时间、地理位置和太阳天顶角等多因子的匹配性，数据比较主要集中在高纬度地区，具有较大局限性。"软"定标方法则借助外在观测条件的可比较性，是适应紫外臭氧垂直探测仪特点的创新性定标方法，采取高反照率区域比较辐亮度、在低纬度带上计算臭氧廓线取平均分布，以及对反演计算的残差进行比较等方法，改进数据比较和订正的全面性。

本项目针对我国FY-3B卫星SBUS在轨衰变问题，综合利用各种“硬”和“软”定标方法，建立FY-3B SBUS太阳辐照度衰变订正模型，对观测数据进行订正计算，并对订正后的数据进行重新反演计算，对再处理生成的臭氧垂直廓线产品，与美国NOAA-16,17,18和19卫星同类载荷SBUV/2产品进行对比和分析，考察重新反演产品精度改进状况。项目在实施过程中，严格按照预定研究计划、方法和内容，圆满完成各项研究工作。综合系统分析表明，FY-3 SBUS在轨期间性能衰变主要在探测器和漫反射板两个部件。其中，漫反射板衰变直接影响N-值变量的计算结果，进而影响反演结果精度。因此，FY-3B SBUS漫反射板衰变问题及其对反演臭氧垂直廓线精度的影响，是本项目FY-3B SBUS在轨交叉定标订正及数据重新反演研究的核心内容。项目组收集整理了FY-3B SBUS从2010年11月-2012年12月期间12个通道太阳辐照度观测数据，经过日-地距离订正计算后，以年为周期，分别建立太阳辐照度观测数据随时间的变化模型，表明对于不同波长通道，必须采取不同的订正模型。漫反射板反射率衰变是由于暴露在空间环境下，受到太阳辐射、空间粒子腐蚀等作用引起的，一般利用暴露时间的指数函数模型进行拟合。通过建立衰变模型，可以建立太阳辐照度观测数据的订正方法，使之比较接近真实值。对FY-3B卫星SBUS太阳辐照度观测数据进行订正，与同期大气辐亮度观测数据一起送入FY-3 SBUS臭氧垂直廓线产品反演生成系统，进行重新反演，生成FY-3B SBUS臭氧垂直廓线再处理产品。利用在轨运行的美国NOAA-16,17,18和19卫星同类载荷SBUV/2产品，通过提取匹配像元数据的对比和分析，评估FY-3B SBUS再处理产品精度改进状况。分析结果表明：经过数据订正和重新反演再处理的FY-3B SBUS臭氧垂直廓线产品，与美国NOAA卫星SBUV/2产品有着很着很着很好的一致性，相对偏差百分率大约3~5%，产品精度处于相当水平。2011年春季北极地区罕见的严重臭氧损耗事件，利用FY-3B SBUS臭氧垂直廓线重新反演产品，结合国外卫星资料，监测了此次罕见臭氧损耗发生发展变化全过程。利用FY-3B SBUS给出2011年南极和北极臭氧损耗立体结构，并对南极和北极臭氧损耗立体结构的不同特征进行了对比分析。