中国区域对流层臭氧卫星遥感估算模型研究
发布时间：2021-06-20 08:16
本论文基于AURA上搭载的新一代臭氧监测仪OMI和微波临边探测仪MLS,利用对流层臭氧残差法构建了高空间分辨率卫星遥感监测对流层臭氧估算模型,并开展了对流层臭氧遥感估算模型精度验证和误差分析。运用对流层臭氧遥感估算模型获取2013年2017年中国地区的对流层臭氧浓度,分析全国以及北京、上海、广州、成都、兰州、乌鲁木齐共6个典型城市对流层臭氧时空分布特征。论文的研究内容主要包括三方面:（1）对流层臭氧遥感估算模型构建。将MLS臭氧廓线数据与NCEP/NCAR平流层底部再分析资料进行空间匹配和高度匹配,获取平流层臭氧柱浓度。利用克里金插值法消除臭氧总柱浓度和平流层柱浓度之间空间尺度差异问题,运用残差法得出对流层臭氧浓度。（2）对流层臭氧遥感估算模型精度验证和误差分析。选取WOUDC设在北半球低中高三个纬度的香港、日本、荷兰和波兰共4个站点的臭氧探空数据资料（ECC）作为验证数据。结果表明,对流层臭氧遥感估算模型结果的相关性将OMI臭氧官方廓线数据对流层臭氧浓度结果的相关性从0.35提高至0.62。对流层臭氧遥感估算模型月均数据集的相关性将NASA官方对流层臭氧月均数据...
【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】：66 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
Aura卫星上搭载的传感器(来自NASA官网)
图 2-2 全球 OMI 臭氧总柱产品OMI 的臭氧廓线反演算法采用基于气候先验知识的最优估计方法。OMI 的臭氧廓线将大气层分为 18 层，从地面 1031hpa 到大气压 0.3hpa 处。GOME 和OMI 在臭氧廓线反演算法中加入了高光谱信息来扩展臭氧探测通道至 330nm。为了提高对流层臭氧反演能力，增加了臭氧散射截面在 Huggins 波段内随温度变化规律(Van Oss，2001)。研究表明扩展通道后在对流层臭氧柱的测量精度上有一定程度上的提高(Liu et al.，2005)。对于 OMI 臭氧廓线产品(OMO3PR)的研究表明，其在大气底层处的反演精度最差，随着高度上升到 5km 处精度逐渐提高，在到达对流层顶处的误差达到最大(可达到 50%)，在平流层的的误差大约为10%(Wang L，2006)。
图 2-3 OMI 臭氧廓线产品 OMO3PR (1031hpa ~ 0.3hpa)2.1.2 MLS 臭氧廓线数据MLS 通过临边探测方式来获得高对流层到大气上界范围内的臭氧垂直分布。MLS 分为升轨(白天)和降轨(晚上)模式，可以全天时的进行观测。通过每日 3500多副轨道影像来完成对整个地球的覆盖。MLS 的垂直分辨率约为 3km，水平分辨率较低，约为 300km。从地面气压(1000hpa)开始将大气压分为 55 层。Froidevaux等最早对 MLS 臭氧廓线进行精度验证和敏感性分析。与其他臭氧廓线，包括SAGEⅡ，HALOE，POAM 和 ACE 等，在相关性分析中发现 MLS 在平流层底部会低估臭氧浓度。Froidevaux 等确定了 215hpa~0.02hpa 之间的 MSL 臭氧廓线观测数据为有效数据，MSL 臭氧廓线观测数据在该压强范围之间的臭氧浓度与SAGEⅡ对应高度范围内的臭氧浓度误差大约为 1%。MLS 的臭氧廓线的误差在平流层约为 5%，对流层的误差会提高至 20%以上(Froidevaux et al.，2008)。
【参考文献】：
期刊论文
[1]胡焕庸线两侧的人口分布与城镇化格局趋势——尝试回答李克强总理之问[J]. 陈明星,李扬,龚颖华,陆大道,张华. 地理学报. 2016(02)
[2]Delaunay三角剖分法在降水量插值中的应用[J]. 熊敏诠. 气象学报. 2012(06)
[3]Analysis for retrieval and validation results of FY-3 Total Ozone Unit （TOU）[J]. WANG WeiHe1,2, ZHANG XingYing1,2,6, AN XingQin3, ZHANG Yan1,2, HUANG FuXiang1,2, WANG YongMei4, WANG YingJian4, ZHANG ZhongMou4, Lü JianGong4, FU LiPing4, JIANG Fang 4 & LIU GuoYang5 1 Key Laboratory of Radiometric Calibration and Validation for Environmental Satellites, China Meteorological Administration (LRCVES/CMA), Beijing 100081, China; 2 National Satellite Meteorological Center, China Meteorological Administration, Beijing 100081, China; 3 Centre for Atmosphere Watch and Services (CAWAS), China Meteorological Administration, Beijing 100081, China; 4 Center for Space Science and Applied Research, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100190, China; 5 Space Star Technology Company Ltd., Chinese Academy of Space Technology, Beijing 100086, China; 6 State Key Laboratory of Atmospheric Boundary Layer Physics and Atmospheric Chemistry (LAPC), the Institute of Atmospheric Physics, Chi- nese Academy of Sciences, Beijing 100029, China. Chinese Science Bulletin. 2010(26)
[4]风云三号气象卫星全球臭氧总量反演和真实性检验结果分析[J]. 王维和,张兴赢,安兴琴,张艳,黄富祥,王咏梅,王英鉴,张仲谋,吕建工,傅利平,江芳,刘国杨. 科学通报. 2010(17)
[5]局部多项式插值方法在多源海底沉积厚度数据融合中的应用[J]. 汪俊,高金耀,吴招才,张涛. 海洋科学. 2009(04)
[6]黄土高原降水量的空间插值方法研究[J]. 孟庆香,刘国彬,杨勤科. 西北农林科技大学学报(自然科学版). 2006(03)
[7]近地面臭氧浓度变化及其对人体健康的可能影响[J]. 孔琴心,刘广仁,李桂忱. 气候与环境研究. 1999(01)
[8]中国生态环境过渡的一个重要地带[J]. 王铮,张丕远,刘啸雷,刘燕华. 生态学报. 1995(03)
[9]中国人口之分布——附统计表与密度图[J]. 胡焕庸. 地理学报. 1935(02)
博士论文
[1]矿山空间数据处理分析及三维实体建模应用研究[D]. 陈玲侠.长安大学 2013
硕士论文
[1]桂西第四纪喀斯特地貌与堆积型铝土矿分布规律[D]. 赵俊彩.中国地质大学（北京） 2013
[2]青藏高原大气臭氧与对流层顶的关系[D]. 李鹏.中国科学院研究生院（大气物理研究所） 2007
本文编号：3238828
【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】：66 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
Aura卫星上搭载的传感器(来自NASA官网)
图 2-2 全球 OMI 臭氧总柱产品OMI 的臭氧廓线反演算法采用基于气候先验知识的最优估计方法。OMI 的臭氧廓线将大气层分为 18 层，从地面 1031hpa 到大气压 0.3hpa 处。GOME 和OMI 在臭氧廓线反演算法中加入了高光谱信息来扩展臭氧探测通道至 330nm。为了提高对流层臭氧反演能力，增加了臭氧散射截面在 Huggins 波段内随温度变化规律(Van Oss，2001)。研究表明扩展通道后在对流层臭氧柱的测量精度上有一定程度上的提高(Liu et al.，2005)。对于 OMI 臭氧廓线产品(OMO3PR)的研究表明，其在大气底层处的反演精度最差，随着高度上升到 5km 处精度逐渐提高，在到达对流层顶处的误差达到最大(可达到 50%)，在平流层的的误差大约为10%(Wang L，2006)。
图 2-3 OMI 臭氧廓线产品 OMO3PR (1031hpa ~ 0.3hpa)2.1.2 MLS 臭氧廓线数据MLS 通过临边探测方式来获得高对流层到大气上界范围内的臭氧垂直分布。MLS 分为升轨(白天)和降轨(晚上)模式，可以全天时的进行观测。通过每日 3500多副轨道影像来完成对整个地球的覆盖。MLS 的垂直分辨率约为 3km，水平分辨率较低，约为 300km。从地面气压(1000hpa)开始将大气压分为 55 层。Froidevaux等最早对 MLS 臭氧廓线进行精度验证和敏感性分析。与其他臭氧廓线，包括SAGEⅡ，HALOE，POAM 和 ACE 等，在相关性分析中发现 MLS 在平流层底部会低估臭氧浓度。Froidevaux 等确定了 215hpa~0.02hpa 之间的 MSL 臭氧廓线观测数据为有效数据，MSL 臭氧廓线观测数据在该压强范围之间的臭氧浓度与SAGEⅡ对应高度范围内的臭氧浓度误差大约为 1%。MLS 的臭氧廓线的误差在平流层约为 5%，对流层的误差会提高至 20%以上(Froidevaux et al.，2008)。
【参考文献】：
期刊论文
[1]胡焕庸线两侧的人口分布与城镇化格局趋势——尝试回答李克强总理之问[J]. 陈明星,李扬,龚颖华,陆大道,张华. 地理学报. 2016(02)
[2]Delaunay三角剖分法在降水量插值中的应用[J]. 熊敏诠. 气象学报. 2012(06)
[3]Analysis for retrieval and validation results of FY-3 Total Ozone Unit （TOU）[J]. WANG WeiHe1,2, ZHANG XingYing1,2,6, AN XingQin3, ZHANG Yan1,2, HUANG FuXiang1,2, WANG YongMei4, WANG YingJian4, ZHANG ZhongMou4, Lü JianGong4, FU LiPing4, JIANG Fang 4 & LIU GuoYang5 1 Key Laboratory of Radiometric Calibration and Validation for Environmental Satellites, China Meteorological Administration (LRCVES/CMA), Beijing 100081, China; 2 National Satellite Meteorological Center, China Meteorological Administration, Beijing 100081, China; 3 Centre for Atmosphere Watch and Services (CAWAS), China Meteorological Administration, Beijing 100081, China; 4 Center for Space Science and Applied Research, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100190, China; 5 Space Star Technology Company Ltd., Chinese Academy of Space Technology, Beijing 100086, China; 6 State Key Laboratory of Atmospheric Boundary Layer Physics and Atmospheric Chemistry (LAPC), the Institute of Atmospheric Physics, Chi- nese Academy of Sciences, Beijing 100029, China. Chinese Science Bulletin. 2010(26)
[4]风云三号气象卫星全球臭氧总量反演和真实性检验结果分析[J]. 王维和,张兴赢,安兴琴,张艳,黄富祥,王咏梅,王英鉴,张仲谋,吕建工,傅利平,江芳,刘国杨. 科学通报. 2010(17)
[5]局部多项式插值方法在多源海底沉积厚度数据融合中的应用[J]. 汪俊,高金耀,吴招才,张涛. 海洋科学. 2009(04)
[6]黄土高原降水量的空间插值方法研究[J]. 孟庆香,刘国彬,杨勤科. 西北农林科技大学学报(自然科学版). 2006(03)
[7]近地面臭氧浓度变化及其对人体健康的可能影响[J]. 孔琴心,刘广仁,李桂忱. 气候与环境研究. 1999(01)
[8]中国生态环境过渡的一个重要地带[J]. 王铮,张丕远,刘啸雷,刘燕华. 生态学报. 1995(03)
[9]中国人口之分布——附统计表与密度图[J]. 胡焕庸. 地理学报. 1935(02)
博士论文
[1]矿山空间数据处理分析及三维实体建模应用研究[D]. 陈玲侠.长安大学 2013
硕士论文
[1]桂西第四纪喀斯特地貌与堆积型铝土矿分布规律[D]. 赵俊彩.中国地质大学（北京） 2013
[2]青藏高原大气臭氧与对流层顶的关系[D]. 李鹏.中国科学院研究生院（大气物理研究所） 2007
本文编号：3238828
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