基于OMI数据的大气臭氧总量反演方法试验研究

摘要

臭氧(O3)是大气中重要的微量气体，它的浓度分布和变化不仅影响气候和环境的变化，而且影响人类的身体健康、生活和生产活动，因此研究大气中O3的含量具有很重要的意义。卫星遥感技术覆盖面广、周期观测能力强、空间连续性好，可广泛应用于大气O3探测。通过卫星遥感技术，可同时获得O3在大气中的总量分布和垂直分布，弥补地面观测站点在空间尺度上的不足。本文采用紫外后向散射方法反演大气O3总量，分析研究紫外后向散射辐射的特性、TOMRAD正演模型的基本原理和反演模型的基本原理，建立气象资料数据库，使用O3探测仪(OMI)观测的一级天顶辐射值和由正演模型得到的插值表资料，选择紫外区域合适的波段，反演大气O3总量。本文主要做了以下方面的工作:
　　(1)介绍国内外O3卫星观测现状和紫外后向散射反演方法的研究现状。
　　(2)分析研究紫外后向散射辐射的特性，包括分子散射、痕量气体吸收、云层、气溶胶散射和地表反射等对紫外后向散射辐射的影响。
　　(3)分析研究TOMRAD正演模型的基本原理，建立气象资料数据库，合理选取正演模型输入参数，使用输出数据制作反演所需插值表。
　　(4)分析研究反演算法原理，设计反演流程，主要包括:O3总量初估、气候廓线校正和特殊区域校正。
　　(5)根据已实现的反演流程，开发反演系统，包括以下功能:OMI一级天顶辐射数据实时下载、OMI二级云顶气压数据实时下载、地表气压数据实时下载、大气O3总量分布结果快速批量反演、反演结果裁剪和镶嵌处理。
　　(6)简要评价反演结果精度，简单分析反演误差。
　　通过对反演程序和反演结果分析，表明:反演程序符合快速批量生产的要求，反演结果精度较好，能反映全球臭氧总量的纬度分布趋势和季节变化趋势。

目录

声明

致谢

摘要

1 引言

1．1 研究意义

1．2 国内外O3卫星紫外后向散射观测现状

1．2．1 O3总量测绘光谱仪TOMS

1．2．2 O3监测仪OMI

1．2．3 O3绘图和剖面测量仪组合OMPS

1．3 国内外O3卫星紫外后向散射反演方法研究现状

1．4 论文的研究目标、内容、研究方案和论文组织

1．4．1 研究目标与内容

1．4．2 研究思路与方案

1．4．3 论文组织

2 紫外后向散射(BUV)辐射的特性

2．1 O3的吸收

2．2 分子散射

2．3 痕量气体的吸收

2．4 云层的影响

2．5 气溶胶的散射

2．6 地表反射

3 基于OMI的大气O3总量反演算法流程

3．1 算法基本假定

3．2 气象资料数据库

3．3 正演模型

3．3．1 光谱学参数

3．3．2 空间方位参数

3．3．3 大气O3廓线和温度廓线

3．3．4 地表气压与有效云顶气压

3．3．5 辐射计算

3．3．6 气溶胶和云

3．4 反演算法

3．4．1 O3总量的初估

3．4．2 基于大气O3廓线和温度廓线的气候学校正

3．4．3 特殊区域误差校正

4 大气O3总量反演系统的设计

4．1 总体结构

4．1．1 运行环境

4．1．2 功能结构

4．2 开发平台和外部依赖项目

4．3 界面设计

4．3．1 界面风格

4．3．2 界面总体结构

4．4 数据处理流程设计

5 反演结果展示及误差分析

5．1 反演结果展示

5．1．1 反演结果分析

5．1．2 全球大气O3总量月均值结果

5．1．3 全球大气O3总量旬均值结果

5．2 误差分析

5．2．1 正演模型误差

5．2．2 反演模型误差

5．2．3 仪器误差

5．2．4 误差总结

6 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

作者简历

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