熱紅外高光譜反演甲烷垂直廓線初步研究

【摘要】：甲烷是一種非常重要的溫室氣體,但是由于甲烷的觀測(cè)資料有限,因此,人們對(duì)于甲烷的排放、空間分布特點(diǎn)、對(duì)氣候系統(tǒng)的反饋?zhàn)饔玫鹊亩棵枋鲞€存在很多的不確定性。傳統(tǒng)的地基觀測(cè),由于站點(diǎn)稀少,空間覆蓋范圍不夠,較難滿足應(yīng)用需求。利用熱紅外衛(wèi)星數(shù)據(jù)可以反演監(jiān)測(cè)甲烷和二氧化碳?xì)怏w,所以在我國研究甲烷的熱紅外遙感反演,自主掌握重要溫室氣體的衛(wèi)星探測(cè)原理與技術(shù)方法,為我國甲烷氣體分布規(guī)律的探測(cè)準(zhǔn)備技術(shù)儲(chǔ)備,對(duì)我國全球氣候變化研究和國家的應(yīng)對(duì)等,具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。利用熱紅外反演甲烷垂直廓線,反演結(jié)果會(huì)受大氣參數(shù)(如大氣溫濕廓線等)以及地表參數(shù)(如地表溫度和地表發(fā)射率等)影響。基于此,本文首次在國內(nèi)開展了熱紅外衛(wèi)星遙感反演大氣甲烷的方法研究,研究內(nèi)容及成果如下：1.模擬分析大氣狀態(tài)參數(shù)和地表參數(shù)對(duì)大氣甲烷垂直廓線反演的影響。利用CRTM輻射傳輸模型,分別模擬并分析了在甲烷的光譜吸收區(qū)間內(nèi),大氣溫濕廓線和地表參數(shù)的敏感性,以及對(duì)大氣甲烷透過率及反演結(jié)果的影響。結(jié)果顯示,大氣溫度廓線、N2O、水汽和二氧化碳等大氣狀態(tài)會(huì)給模擬輻射值的計(jì)算帶來一定的影響。2.研究了一種快速獲取大氣CH4初始垂直廓線的方法。本文首次針對(duì)CrIS高光譜數(shù)據(jù),開展了基于特征向量統(tǒng)計(jì)法的大氣CH4初始垂直廓線獲取方法的研究。主要包括以下步驟：通過CRTM輻射傳輸模型模擬輻射值；利用主成分分析法,對(duì)模擬輻射值協(xié)方差矩陣進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)正交展開；利用最小二乘法,對(duì)廓線樣本矩陣和模擬輻射值經(jīng)驗(yàn)正交展開矩陣進(jìn)行最佳擬合,計(jì)算回歸系數(shù)；獲取CrIS數(shù)據(jù)結(jié)合回歸系數(shù)實(shí)現(xiàn)大氣CH4廓線的快速反演。結(jié)果顯示,該方法獲取得到的大氣CH4垂直廓線和真值趨勢(shì)一致。3.中國地區(qū)的示范應(yīng)用。利用Auqa/EOS的大氣紅外探測(cè)儀(AIRS)CH4產(chǎn)品,分析2003～2013年中國地區(qū)的近地面CH4濃度的時(shí)空分布特征。首先利用我國青海瓦里關(guān)(WLG)、臺(tái)灣鹿林地區(qū)(LLN)及蒙古烏蘭烏勒(UUM)地基觀測(cè)數(shù)據(jù)AIRS V6近地面CH4濃度產(chǎn)品進(jìn)行驗(yàn)證。結(jié)果表明,AIRS近地面CH4濃度與地面采樣分析得到的CH4濃度變化趨勢(shì)基本一致,相關(guān)系數(shù)r分別為0.68、0.5、0.69。進(jìn)而從地域、季節(jié)變化和年際變化三個(gè)方面分析中國地區(qū)近地面CH4濃度的時(shí)空分布特征。結(jié)果表明：(1)近地面CH4濃度最低值位于西藏地區(qū)(-1800ppb),高值區(qū)位于新疆的北部、內(nèi)蒙古及黑龍江的北部地區(qū)(-1920ppb)；(2)近地面CH4季節(jié)性變化明顯,表現(xiàn)為夏季濃度高,冬季濃度低,尤其是西部地區(qū),4月份為1838ppb,9月份增加到1882ppb；(3)從2003年到2013年,全國近地面CH4平均濃度除在2006年和2010年濃度有所下降外,基本上呈增長趨勢(shì),西北和東部地區(qū)與全國變化基本一致,東北地區(qū)年際增長比較迅速,南部地區(qū)增長不明顯,西北地區(qū)年際浮動(dòng)較大；(4) AIRSCH4遙感產(chǎn)品與地基遙感觀測(cè)資料誤差在2%以內(nèi)。 【關(guān)鍵詞】：CH_4 CrIS 熱紅外反演 主成分分析 快速輻射傳輸模型 通道選擇
【學(xué)位授予單位】：昆明理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：X87;X831
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-16
• 第一章 緒論16-32
• 1.1 研究背景及意義16
• 1.2 大氣甲烷16-23
• 1.2.1 大氣甲烷溫室效應(yīng)17-21
• 1.2.2 大氣甲烷的源與匯21-22
• 1.2.3 未來大氣甲烷的增長趨勢(shì)預(yù)測(cè)22
• 1.2.4 大氣甲烷的分布22-23
• 1.3 國內(nèi)外研究進(jìn)展23-29
• 1.3.1 早期的CH4探測(cè)方法23-25
• 1.3.2 衛(wèi)星探測(cè)CH425-29
• 1.4 大氣遙感反演29-30
• 1.5 小結(jié)30-32
• 第二章 熱紅外衛(wèi)星遙感原理與輻射傳輸模型32-40
• 2.1 大氣成分及其分布32-33
• 2.2 紅外大氣輻射傳輸方程33-34
• 2.3 快速輻射傳輸模型CRTM34-36
• 2.4 高光譜紅外衛(wèi)星CRIS數(shù)據(jù)介紹36-37
• 2.5 大氣參數(shù)反演問題37-38
• 2.6 小結(jié)38-40
• 第三章 EOF法反演甲烷垂直廓線40-56
• 3.1 反演方法40-41
• 3.2 訓(xùn)練樣本集41-42
• 3.3 統(tǒng)計(jì)回歸原理42-45
• 3.4 通道和特征向量選擇實(shí)驗(yàn)45-54
• 3.4.1 SARTA模型通道選擇實(shí)驗(yàn)46-50
• 3.4.2 CRTM模型通道選擇實(shí)驗(yàn)50-54
• 3.5 小結(jié)54-56
• 第四章 甲烷反演驗(yàn)證及應(yīng)用56-64
• 4.1 反演過程56-58
• 4.2 誤差分析58-59
• 4.3 結(jié)果驗(yàn)證59-60
• 4.3.1 TCCON數(shù)據(jù)59-60
• 4.4 中國地區(qū)應(yīng)用示范60-63
• 4.4.1 中國地區(qū)CH4月份均值變化61-62
• 4.4.2 中國地區(qū)CH4季均值變化62-63
• 4.5 小結(jié)63-64
• 第五章 利用AIRS產(chǎn)品分析中國地區(qū)甲烷時(shí)空分布特性64-74
• 5.1 數(shù)據(jù)資料64-65
• 5.1.1 AIRS遙感產(chǎn)品64
• 5.1.2 CH4地基觀測(cè)資料64-65
• 5.2 AIRS CH4產(chǎn)品精度驗(yàn)證65-68
• 5.3 結(jié)果分析68-73
• 5.3.1 中國近地面CH4分布特征68-71
• 5.3.2 中國近地面CH4季節(jié)變化特征71-72
• 5.3.3 中國甲烷長期變化趨勢(shì)72-73
• 5.4 結(jié)論73-74
• 第六章 總結(jié)與展望74-78
• 6.1 總結(jié)74-75
• 6.2 展望75-78
• 致謝78-80
• 參考文獻(xiàn)80-85
• 附錄A85

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不同水肥措施對(duì)設(shè)施菜地土壤CO_2和N_2O排放的影響    姜寧寧

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基于碳減排的廣東省土地利用調(diào)控對(duì)策研究    余洋

地基微波輻射計(jì)資料的質(zhì)量控制方法及其應(yīng)用研究    潘旭光

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氣象衛(wèi)星遙感探測(cè)海面大氣溫度垂直廓線    李萬彪,吳龍濤,張呈祥,余嘉裕

中國西部本底大氣中CO的連續(xù)測(cè)量    周凌晞,湯潔,M.Ernst,D.Worthy

地面風(fēng)對(duì)瓦里關(guān)山大氣CO_2本底濃度的影響分析    周凌晞,湯潔,溫玉璞,張曉春,乜虹

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利用RTTOV7快速輻射傳輸模式模擬風(fēng)云二號(hào)紅外和水汽成像通道輻射率的研究    馬剛;邱崇踐;黎光清;張鳳英;

如何解決規(guī)模畜禽場(chǎng)環(huán)境污染問題    管妙東

我國西北部沙漠地區(qū)大氣甲烷濃度的季節(jié)變化和長期變化趨勢(shì)    王明星,劉衛(wèi)衛(wèi),呂國濤,龔晏邦,R.A.Rasmussen,M.A.K.Khalill

北京大氣甲烷濃度及其變化    王躍思,王明星,鄭循華,龔晏邦,呂國濤,白建輝

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北京邊界層大氣中HONO和NO_2垂直廓線的測(cè)量與分析    朱燕舞;劉文清;方靜;謝品華;竇科;秦敏;司福祺;

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應(yīng)用MOPITT數(shù)據(jù)分析中國地區(qū)CO分布    方圓圓;趙春生;

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