大气红外甚高分辨率掩星探测仪温压及臭氧廓线反演算法研究
发布时间：2021-05-24 07:56
掩星与临边传感器垂直分辨率高,垂直探测范围辐射信号的变化主要受大气参数影响,且辐射校准后几乎不受背景辐射影响,对痕量气体可探测性强,探测高度约为10-100km,对臭氧层的大气遥感监测具有特殊意义。在这样的背景下,我国也积极发展掩星探测技术,计划在高分5号上搭载我国第一台大气环境红外甚高分辨率掩星探测仪（AIUS）。本文针对AIUS,进行了温压与臭氧廓线的反演算法研究。对掩星传感器,选择红外区域合适的波段,利用改进了基于特征向量的统计反演方法进行温压廓线的反演,利用最优估计的方法进行臭氧廓线的反演。在进行温压反演的时候,利用辐射传输软件SCIATRAN计算与大气温压廓线相对应的模拟光谱,并建立模拟光谱与训练样本的温压廓线之间的回归关系。在进行臭氧廓线反演的时候,利用SCIATRAN计算用于反演的臭氧通道的权重函数与模拟光谱,构造模拟光谱和实测光谱的代价函数,通过牛顿迭代的方法求解大气臭氧廓线的最优估计解。并将反演结果与国际上的ACE-FTS产品进行了对比。具体包括如下几个方面:1)敏感性分析。本文利用SCITRAN正向模型,在宽范围通道内对温压进行了温度和压强的敏感性分析。结果表明温度...
【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院遥感与数字地球研究所)北京市
【文章页数】：94 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.1.1 研究背景
1.1.2 研究意义
1.1.3 GF-5 红外甚高分辨率探测仪与ACE-FTS
1.2 红外掩星与临边探测其发展现状
1.2.1 ATMOS
1.2.2 HALOE
1.2.3 ACE-FTS
1.2.4 MIPAS
1.2.5 TES
1.3 掩星温压与大气成分反演算法研究进展
1.3.1 掩星观测温压反演算法研究进展
1.3.2 掩星观测大气成分反演算法研究进展
1.3.3 掩星与临边探测的应用领域
1.3.4 掩星温压和大气成分反演面临的问题
1.4 本文的主要研究内容
第2章 大气掩星观测原理
2.1 大气组成及结构特征
2.1.1 大气成分
2.1.2 大气的垂直结构
2.2 大气吸收特征
2.2.1 大气分子吸收过程
2.2.2 大气吸收光谱参数
2.3 掩星辐射传输过程
2.3.1 掩星观测几何
2.3.2 掩星辐射传输正向模型
第3章 红外掩星温压反演研究
3.1 温压反演概述
3.1.1 特征向量反演方法
3.1.2 神经网络学习算法
3.1.3 剥洋葱算法
3.1.4 最优估计算法
3.2 温压反演算法研究
3.2.1 基于动态回归系数的温压统计反演
3.3 温压反演通道选择
3.3.1 温压通道敏感性分析
3.3.2 温压反演的通道选择方法
3.3.3 温压反演通道选择结果
3.4 温压反演结果与验证
3.4.1 温度反演结果及对比验证
3.4.2 压强反演结果及对比验证
第4章 红外掩星臭氧反演研究
4.1 臭氧反演概述
4.2 O_3通道选择
4.2.1 O_3通道选择算法原理
4.2.2 O_3通道选择敏感性分析
4.2.3 O_3反演通道选择方法
4.2.4 O_3通道选择结果
4.3 基于最优理论的臭氧廓线反演方案
4.3.1 最优估计方法
4.3.2 先验廓线与先验协方差矩阵
4.3.3 观测误差协方差矩阵
4.4 臭氧反演结果与对比验证
第5章 总结与讨论
5.1 总结
5.1.1 温压反演总结
5.1.2 臭氧反演总结
5.2 本文的创新点
5.3 后续工作展望
参考文献
硕士期间论文发表及参加会议
硕士期间参与项目工作
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]红外临边探测发展现状[J]. 王雅鹏,李小英,陈良富,张莹,邹铭敏,张晗,朱松岩. 遥感学报. 2016(04)
[2]夏季青藏高原及其周边地区卫星MLS水汽、臭氧产品的探空检验分析[J]. 颜晓露,郑向东,周秀骥,Holger V?MEL,宋建洋,李蔚,马永红,张勇. 中国科学:地球科学. 2015(03)
[3]北京城区臭氧日变化特征及与前体物的相关性分析[J]. 王占山,李云婷,陈添,张大伟,孙峰,王欣,郇宁,潘丽波. 中国环境科学. 2014(12)
[4]利用红外高光谱资料CrIS反演大气温湿廓线的模拟研究[J]. 马鹏飞,陈良富,陶金花,苏林,陶明辉,王子峰,邹铭敏,张莹. 光谱学与光谱分析. 2014(07)
[5]亚毫米波临边探测发展现状[J]. 李小英,陈良富,苏林,张莹,陶金花. 遥感学报. 2013(06)
[6]人工神经网络算法在红外高光谱资料反演大气温度廓线中的应用[J]. 官莉,刘旸,张雪慧. 大气科学学报. 2010(03)
[7]珠江三角洲夏季臭氧区域污染及其控制因素分析[J]. 陆克定,张远航,苏杭,邵敏,曾立民,钟流举,向运荣,张志忠,周崇光,Andreas Wahner. 中国科学:化学. 2010(04)
[8]上海地区臭氧周末效应研究[J]. 唐文苑,赵春生,耿福海,彭丽,周广强,高伟,许建明,Xuexi Tie. 中国科学（D辑:地球科学）. 2009(01)
[9]AIRS/TOVS/TOMS反演的臭氧总量的对比分析[J]. 潘亮,牛生杰. 遥感学报. 2008(01)
[10]大气臭氧化学研究进展[J]. 贾龙,葛茂发,徐永福,杜林,庄国顺,王殿勋. 化学进展. 2006(11)
博士论文
[1]基于卫星临边辐射的大气痕量气体含量反演研究[D]. 汪自军.吉林大学 2011
[2]高光谱分辨率红外遥感大气温湿度廓线反演方法研究[D]. 蒋德明.南京信息工程大学 2007
本文编号：3203850
【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院遥感与数字地球研究所)北京市
【文章页数】：94 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.1.1 研究背景
1.1.2 研究意义
1.1.3 GF-5 红外甚高分辨率探测仪与ACE-FTS
1.2 红外掩星与临边探测其发展现状
1.2.1 ATMOS
1.2.2 HALOE
1.2.3 ACE-FTS
1.2.4 MIPAS
1.2.5 TES
1.3 掩星温压与大气成分反演算法研究进展
1.3.1 掩星观测温压反演算法研究进展
1.3.2 掩星观测大气成分反演算法研究进展
1.3.3 掩星与临边探测的应用领域
1.3.4 掩星温压和大气成分反演面临的问题
1.4 本文的主要研究内容
第2章 大气掩星观测原理
2.1 大气组成及结构特征
2.1.1 大气成分
2.1.2 大气的垂直结构
2.2 大气吸收特征
2.2.1 大气分子吸收过程
2.2.2 大气吸收光谱参数
2.3 掩星辐射传输过程
2.3.1 掩星观测几何
2.3.2 掩星辐射传输正向模型
第3章 红外掩星温压反演研究
3.1 温压反演概述
3.1.1 特征向量反演方法
3.1.2 神经网络学习算法
3.1.3 剥洋葱算法
3.1.4 最优估计算法
3.2 温压反演算法研究
3.2.1 基于动态回归系数的温压统计反演
3.3 温压反演通道选择
3.3.1 温压通道敏感性分析
3.3.2 温压反演的通道选择方法
3.3.3 温压反演通道选择结果
3.4 温压反演结果与验证
3.4.1 温度反演结果及对比验证
3.4.2 压强反演结果及对比验证
第4章 红外掩星臭氧反演研究
4.1 臭氧反演概述
4.2 O_3通道选择
4.2.1 O_3通道选择算法原理
4.2.2 O_3通道选择敏感性分析
4.2.3 O_3反演通道选择方法
4.2.4 O_3通道选择结果
4.3 基于最优理论的臭氧廓线反演方案
4.3.1 最优估计方法
4.3.2 先验廓线与先验协方差矩阵
4.3.3 观测误差协方差矩阵
4.4 臭氧反演结果与对比验证
第5章 总结与讨论
5.1 总结
5.1.1 温压反演总结
5.1.2 臭氧反演总结
5.2 本文的创新点
5.3 后续工作展望
参考文献
硕士期间论文发表及参加会议
硕士期间参与项目工作
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]红外临边探测发展现状[J]. 王雅鹏,李小英,陈良富,张莹,邹铭敏,张晗,朱松岩. 遥感学报. 2016(04)
[2]夏季青藏高原及其周边地区卫星MLS水汽、臭氧产品的探空检验分析[J]. 颜晓露,郑向东,周秀骥,Holger V?MEL,宋建洋,李蔚,马永红,张勇. 中国科学:地球科学. 2015(03)
[3]北京城区臭氧日变化特征及与前体物的相关性分析[J]. 王占山,李云婷,陈添,张大伟,孙峰,王欣,郇宁,潘丽波. 中国环境科学. 2014(12)
[4]利用红外高光谱资料CrIS反演大气温湿廓线的模拟研究[J]. 马鹏飞,陈良富,陶金花,苏林,陶明辉,王子峰,邹铭敏,张莹. 光谱学与光谱分析. 2014(07)
[5]亚毫米波临边探测发展现状[J]. 李小英,陈良富,苏林,张莹,陶金花. 遥感学报. 2013(06)
[6]人工神经网络算法在红外高光谱资料反演大气温度廓线中的应用[J]. 官莉,刘旸,张雪慧. 大气科学学报. 2010(03)
[7]珠江三角洲夏季臭氧区域污染及其控制因素分析[J]. 陆克定,张远航,苏杭,邵敏,曾立民,钟流举,向运荣,张志忠,周崇光,Andreas Wahner. 中国科学:化学. 2010(04)
[8]上海地区臭氧周末效应研究[J]. 唐文苑,赵春生,耿福海,彭丽,周广强,高伟,许建明,Xuexi Tie. 中国科学（D辑:地球科学）. 2009(01)
[9]AIRS/TOVS/TOMS反演的臭氧总量的对比分析[J]. 潘亮,牛生杰. 遥感学报. 2008(01)
[10]大气臭氧化学研究进展[J]. 贾龙,葛茂发,徐永福,杜林,庄国顺,王殿勋. 化学进展. 2006(11)
博士论文
[1]基于卫星临边辐射的大气痕量气体含量反演研究[D]. 汪自军.吉林大学 2011
[2]高光谱分辨率红外遥感大气温湿度廓线反演方法研究[D]. 蒋德明.南京信息工程大学 2007
本文编号：3203850
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