EMI 南极臭氧柱总量反演研究

利用差分吸收光谱技术 (DOAS) 反演了我国首个星载大气痕量气体差分吸收光谱仪 (EMI) 的臭氧斜柱浓度 (SCD), 通过 SCIATRAN 辐射传输模型建立了大气质量因子 (AMF) 的查找表, 最终得到 EMI 的臭氧垂直柱浓度 (即 臭氧柱总量)。将 EMI、 OMI 和 TROPOMI 于 2018 年 11 月 2 日获得的南极区域臭氧柱总量进行了对比分析, 三者 均观测到南极中高纬度 (30◦ S∼70◦ S) 的臭氧高值区域与南极内陆 (75◦ S∼90◦ S) 的臭氧低值区域, 且 EMI 与 OMI、 TROPOMI 的臭氧柱总量相关性 (R2) 分别为 0.977 和 0.979。进一步将 EMI 反演的臭氧柱总量与南极长城站 (62.22 S, 58.96 W) 地基天顶散射光差分吸收光谱仪 (ZSL-DOAS) 反演的臭氧柱总量进行对比, 二者相关性 (R2) 为 0.926。     

基于OMI 的中国区域2005–2020 年间臭氧柱总量随经纬度变化特性研究

利用 OMI 每日 L3 级 O3 柱总量数据对中国区域 2005–2020 年间臭氧柱总量变化趋势开展研究, 构建了相 关数据库, 并基于数据筛选和数据挖掘分析了该期间中国区域臭氧柱总量与纬度和经度的相关性。结果表明, 在 2005–2020 年间, 中国区域上空的臭氧柱总量随纬度增大而增大, 而其与经度的关系受纬度值影响。当纬度大于特定 阈值时, 臭氧柱总量随经度增大而增大; 而当纬度小于该值时, 臭氧柱总量由西向东基本保持稳定。研究结果对于揭 示中国区域臭氧柱总量变化规律、进一步分析全球臭氧变化趋势具有重要意义。     

基于MAX-DOAS的对流层NO2和气溶胶光学厚度遥测反演

随着全球工业化速度加快和人口的增多,大气环境问题日益突出,NO2和气溶胶在大气化学中扮演着重要的角色。地基多轴差分吸收光谱技术（MAX-DOAS）基于被动DOAS原理,近年来已成功应用于大气痕量气体柱浓度和气溶胶光学厚度（AOD）测量方面。本文基于被动DOAS算法对合肥秸秆燃烧期间NO2柱浓度以及气溶胶光学厚度进行了观测,并把对流层柱浓度和臭氧监测仪(Ozone Monitoring Instrument, OMI)结果进行对比;测量的气溶胶光学厚度和太阳光度计（CE318）进行了对比。结果表明,MAX-DOAS测量结果要高于卫星值,11月6日MAX-DOAS测量NO2柱浓度日均值为OMI的1.9倍;二者在无云条件下一致性较好;MAX-DOAS反演AOD和太阳光度计结果相关性在0.9以上。     

奥运期间北京对流层NO2柱浓度地基多轴差分吸收光谱仪观测与OMI的对比

利用地基多轴差分吸收光谱仪(multi axis differential optical absorption spectroscopy,MAX-DOAS)在2008年北京奥运期间对奥运场馆附近上空对流层NO2进行监测,并与OMI的测量结果进行对比.结果显示;地基MAX-DOAS的NO2结果比OMI结果高,最高达到了2.4倍;二者在无云条件下得到了比较好的相关性(R=0.64),但在阴雨天气条件下,云的存在使得MAX-DOAS结果与OMI卫星数据产生了很大差别,其相关系数仅为0.19,但与LP-DOAS却有很好的一致性,相关系数为0.92.     

基于OMI卫星数据结合车载DOAS技术修正的NOx排放通量估算

与搭载在EOS AURA卫星上的OMI（Ozone Monitoring Instrument）探测器相比,由车载被动差分吸收光谱（differential optical absorption spectroscopy,DOAS）技术获得的NO2柱浓度数据空间分辨率更高,因而能够更准确的反映出NO2时空分布情况,利用OMI NO2 Level2数据产品重构2013年6月石家庄及周边区域的NO2柱浓度分布,结合风场数据分析NO2柱浓度沿风场方向的空间分布,同时,使用车载被动DOAS系统对西南通道即石家庄-保定-北京路段进行走航观测,获取车载DOAS NO2柱浓度分布数据,使用指数修正高斯（exponentially-modified Gaussian,EMG）拟合方式,分别拟合OMI NO2 数据和经过地基DOAS数据修正后的OMI NO2 数据得到NOx排放通量分别为195.8 mol/s、160.6 mol/s。经过地基DOAS数据修正的NOx排放量小于卫星估算值,可能是由于卫星的空间分辨率较低导致的。     

星载对地观测偏振传感器及其大气遥感应用

偏振反映电磁波的方向特性,是除强度之外电磁波的另一维度的信息。在电磁波与大气颗粒物的相互作用中,偏振由于其对颗粒物物理特征的高敏感性, 可以有效提高卫星遥感探测的丰度和精度,改善对大气中特性复杂的气溶胶和云等成分的探测能力。首次综合介绍了我国研制的4种类型星载 对地观测偏振传感器,包括多角度偏振相机、推扫式偏振成像仪、摆扫式偏振仪、多通道偏振辐射计,并分析了代表性的国产偏振传感器 的指标参数,总结了各类载荷的探测能力。在此基础上,介绍了星载偏振传感器的主要定标方法,包括发射前实验室定标、星上定标和在轨定标。 偏振载荷具有增加卫星观测维度和精度、对大气颗粒物粒径和形状特征敏感、改善弱信号探测等方面的综合优势,能够获取全球范围内 高精度的大气气溶胶和云参数。星载对地观测偏振传感器具有广阔的大气遥感应用空间和潜力,可在细颗粒物PM2.5卫星遥感、关键气候 因子观测及评估、极端环境事件监测、气溶胶生态效应评估、对地观测高精度大气校正等多个领域发挥作用。     

FY-4A GIIRS数据探测大气水汽和臭氧的垂直空间特性评估

红外高光谱大气垂直探测仪数据的垂直空间特性由探测仪光谱性能指标间接决定,并与所关注的大气参数及其变化有并。本文在剔除大气参数探测信噪比过低的无效通道的基础上,针对FY-4A卫星红外高光谱大气垂直探测仪GIIRS数据对水汽和臭氧变化响应的峰值高度、高度分辨率、垂直不对称性及垂直覆盖范围进行了评估,并与大气温度探测的垂直空间特性评估结果进行对比分析。结果表明:1)和大气温度一样,FY-4A GIIRS对大气水汽具有垂直分布探测能力,水汽探测垂直覆盖12 km以下对流层(探测峰值高度在11 km以下),而大气温度探测覆盖整个对流层和平流层中下层;2)FY-4A GIIRS对臭氧具有10～21km高度范围臭氧总量探测能力,探测峰值高度集中在16.4 km附近。本研究有助于从探测垂直空间特性角度把握FY-4A GIIRS红外高光谱数据应用能力。     

地基GPS/MET探测水汽等相关参数精度分析

基于对大气中水汽重要性及GPS测量大气水汽优势的双重认识,进入本世纪以来,华东区域各省气象部门联合与测绘院、天文台等其他部门建起了相当规模的GPS气象探测网(GPS/MET)。根据2010年华东区域地基GPS/MET数据,选择与GPS站相距10 km内的无线电探空站资料,对华东区域地基GPS/MET反演的大气整层可降水量(PWV)、大气整层湿延迟(ZWD)和大气整层总延迟(ZTD)进行精度检验,结果表明:(1)GPS/MET反演的PWV与探空结果相比具有很高的一致性,平均误差在1 mm以下,相对误差11.54%;GPS/ZTD反演的精度更高,百分比误差小于1%。(2)反演的各个量与探空资料具有很高的相关性,其中平均相关系数中PWV和ZWD都超过0.98,ZTD为0.977。对GPS/PWV精度按季节进行相关系数分析得,除夏季相关系数为0.927,相对较低,其余季节相关系数均为0.96以上。(3)以本地的无线电探空站资料为基准,与NCEP再分析资料对比发现GPS/PWV的反演精度要优于NCEP再分析场资料反演的大气整层可降水量。因此区域GPS/MET网反演的产品对提高灾害性天气的监测和预报能力,改进数值天气预报精度已显示出广阔的应用前景。     

微脉冲激光雷达测量大气水平能见度

为了改进乃至革新大气能见度的探测技术,探索新型、快速、准确测量大气能见度的方法,采用自行研制的能见度微脉冲激光雷达,进行了水平大气能见度测量实验,并同已经商品化的能见度仪NQ-1进行了同步对比测量。实验结果表明,在水平能见度较差时,微脉冲激光雷达和能见度仪具有很高的相关性,相关系数达到了0.88;在水平能见度较好的时候,相关系数保持在0.73以上。说明能见度微脉冲激光雷达系统可以应用于大气能见度的探测。     

2006-2014年南京都市圈对流层NO2时空变化特征及污染源分析

基于OMI(Ozone Monitoring Instrument, OMI)卫星传感器监测得到的2006年1月-2014年12月南京都市圈对流层NO2柱浓度数据和土地利用类型数据,利用余弦曲线函数和HYSPLIT后向轨迹模型,分析了研究区对流层NO2时空分布特征以及污染物的来源。研究发现,2006-2014年南京都市圈对流层NO2柱浓度呈现出逐年增长的趋势和冬高夏低的季节变化特征;研究区对流层NO2污染物主要来自两个方面：大气气流的输送作用影响了研究区对流层NO2季节性变化;不同的土地利用类型影响了南京都市圈的对流层NO2柱浓度。     

Total ozone from the ozone monitoring instrument (OMI) using the DOAS technique

This paper describes the algorithm for deriving the total column ozone from spectral radiances and irradiances measured by the Ozone Monitoring Instrument (OMI) on the Earth Observing System Aura satellite. The algorithm is based on the differential optical absorption spectroscopy technique. The main characteristics of the algorithm as well as an error analysis are described. The algorithm has been successfully applied to the first available OMI data. First comparisons with ground-based instruments are very encouraging and clearly show the potential of the method.     

中国田块尺度露天生物质燃烧NOx遥感排放清单

针对不同土地覆盖类型特别是作物空间分布, 提出一种顾及火点像元地物类别先验概率的排放因子加权策 略, 并结合热辐射功率(FRP) 昼夜周期分布的假设, 建立了我国逐日1 km 的田块尺度露天生物质燃烧氮氧化物(NOx) 遥感排放清单。为验证FRP 昼夜周期分布假设的合理性, 与Himawari-8 FRP 反演结果进行比较, 两者相关系数约为 0.65。同时, 为验证排放清单的有效性, 将估算结果与全球火情数据库(GFED)、湖北省内三个环境监测站点观测资 料、臭氧监测仪(OMI) 遥感观测数据等进行了对比验证。对比结果显示所建立的排放清单与其中两站点观测数据的 相关系数分别为0.56 和0.65, 与GFED 数据库以及OMI 数据具有较好的一致性, 且具有更高的时空分辨率。     

APOSOS光电望远镜空间目标观测精度分析

利用内符合精度和外符合精度两种精度判定方法,对国内首台基于APOSOS亚太地基光学空间物体观测系统）项目安装在国外的15 cm地基空间碎片光电观测望远镜获得的观测数据进行了观测精度计算分析。经过计算分析,得到内符合精度在5左右;利用全球激光测距服务系统提供的综合激光测距数据格式标准点资料对Lageos1、Lageos2和Ajisai卫星进行精密定轨,进而获得这些卫星的精密轨道,并以此精密轨道作为APOSOS 15 cm光电望远镜观测数据外符合精度的评定依据,得到外符合精度大约在6左右。计算分析结果表明:系统的观测精度较高,达到了设计指标,能够满足科研和工程应用的需要。     

Surface ultraviolet irradiance from OMI

The Ozone Monitoring Instrument (OMI) onboard the NASA Earth Observing System (EOS) Aura spacecraft is a nadir-viewing spectrometer that measures solar reflected and backscattered light in a selected range of the ultraviolet and visible spectrum. The instrument has a 2600-km-wide viewing swath, and it is capable of daily, global contiguous mapping. We developed and implemented a surface ultraviolet (UV) irradiance algorithm for OMI that produces noontime surface spectral UV irradiance estimates at four wavelengths (305, 310, 324, and 380 nm). Additionally, noontime erythemal dose rate and the erythemal daily dose are estimated. The OMI surface UV algorithm inherits from the surface UV algorithm developed by NASA Goddard Space Flight Center for the Total Ozone Mapping Spectrometer (TOMS). The OMI surface UV irradiance products are produced and archived in HDF5-EOS format by Finnish Meteorological Institute. The accuracy of the surface UV estimates depend on UV wavelength and atmospheric and other geolocation specific conditions ranging from 7% to 30%. A postprocessing aerosol correction can be applied at sites with additional ground-based measurements of the aerosol absorption optical thickness. The current OMI surface UV product validation plan is presented.     

外场目标激光散射特性测量及分析

在外场用已知半球反射率的靶板作为标准靶板,反演测定目标靶板激光雷达散射截面和半球反射率。由于受到随机变化的大气衰减和激光器输出能量等因素的影响,靶板角分布曲线与朗伯余弦曲线会有一定偏差,因此,采用双光路测量法来确定各个测量时刻的大气衰减系数和激光器输出能量,然后,再与半球反射率已知的标准靶板比较,计算得到目标靶板的激光雷达散射截面。实验测得的目标靶板反射率为24.9%,与实际标定值25.3%的相对误差为1.6%,满足10%的外场精度要求。通过实验测量的结果分析表明利用双光路方法对目标靶板与标准靶板进行测量,较好地消除了各个时刻的大气衰减和激光器照射能量对测量结果的影响。