热红外对流层臭氧廓线反演中温度的影响机制和反演不确定性研究

批准号:
41771391
项目类别:
面上项目
资助金额:
63.0 万元
负责人:
张莹
依托单位:
学科分类:
D0113.遥感科学
结题年份:
2021
批准年份:
2017
项目状态:
已结题
项目参与者:
李小英、王红梅、王雅鹏、朱松岩
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中文摘要
臭氧是地球大气中一种重要的痕量气体,在光化学反应和气候变化中都扮演重要的角色。目前对流层臭氧卫星反演方法存在很大的不确定性。紫外后向散射信号受地表反照率和气溶胶多次散射影响较大,热红外反演大气成分的不确定性大部分在于正向辐射传输模式中输入温湿廓线的误差。由于热红外波段辐射信息主要来自温度,同时存在水汽连续吸收,温湿廓线误差会影响到辐射量和臭氧的权重函数,进而影响臭氧廓线的反演精度。本项目通过研究热红外臭氧廓线反演中温湿廓线误差的影响机制,建立误差订正模型;利用大气模式、地面、地基、探空臭氧观测资料建立我国臭氧廓线先验知识库;建立以紫外臭氧柱总量为约束的热红外臭氧廓线最优化反演模型,通过Lenvenberg-Marquardt方法加强约束;利用多种观测资料对反演模型进行验证、误差分析和不确定性分析;最后利用卫星反演的臭氧廓线资料研究我国对流层臭氧污染的区域特征和输送规律。
英文摘要
Ozone is a particularly critical trace gas in the Earth’s atmosphere, since this molecule plays a key role in the photochemical reaction and climate change. At present, there is a great uncertainty in the inversion of tropospheric ozone. The tropospheric ozone column retrieved from backward scattering in ultraviolet band is influenced by the surface albedo and aerosol absorption. This project analyze and discuss the sensitivity of ozone absorption spectra and weighting function to temperature and water vapor profile in detail. We plan to induce Ozone Total Column as a constraint in the Optimal Estimation Method (OEM) to add more information to a prior. A prior of ozone profiles in China is to be established from the atmospheric chemical model, hourly surface O3 concentration from EPA, ground-based ozone lidar and Multi Axis Differential Optical Absorption Spectroscopy (MAX-DOAS) observations. The channel used in the retrieval is selected from sensitivity analysis to make sure the Averaging Kernel (AK) has peak from low troposphere to up stratosphere. The most important correction is made on the input parameters to the Radiative Transfer Model (RTA) model such as temperature and water vapor profiles. The uncertainty of the ozone profile retrieved from OEM is discussed especially in the lower troposphere. Then the retrieved ozone profiles are to be validated by the ground-based observation, ozonesonde and atmospheric chemical model. Finally the regional characters of tropospheric ozone pollution and its transportation will be studied from ozone profiles retrieved from CrIS measurements.
对流层臭氧(O3)廓线在大气化学、空气质量和气候变化中有着极为重要的作用,它通过改变大气的辐射收支影响全球气候的变化影响人类的生存环境。尤其是近些年日益严峻的O3污染已成为制约我国空气质量持续改善、实现2035年美丽中国宏伟目标的关键性指标。.由于仅有10%臭氧分布在对流层,给对流层臭氧廓线的卫星遥感反演带来了巨大挑战,目前对流层臭氧卫星反演方法存在很大的不确定性。紫外后向散射信号受地表反照率和气溶胶多次散射影响较大,热红外反演大气成分的不确定性大部分在于正向辐射传输模式中输入温湿廓线的误差。本项目主要研究内容包括热红外臭氧廓线反演中温湿廓线误差的影响机制、建立臭氧先验估算模型、建立臭氧廓线最优化反演模型以及模型的验证和应用等四个方面。.本项目研究成果包括:1)分析了我国季风区和非季风区温湿廓线误差,利用正向辐射传输模型分析温度、湿度廓线误差对辐射的影响,得到辐射修正因子;2)以臭氧在紫外和热红外吸收波段的辐射信息和气象信息作为输入特征,将世界臭氧和紫外线辐射数据中心站点的臭氧探空廓线作为输出特征,基于长短期记忆网络建立了泛化性好的臭氧廓线先验估算模型;3)基于红外CrIS数据,引入同卫星平台紫外OMPS载荷的臭氧柱总量重新定义代价函数,采用Levenberg-Marquardt模型来反演对流层臭氧廓线,利用臭氧探空数据对该模型进行了验证,柱总量约束的反演结果比未约束的反演结果的相对误差小,平均核函数的峰值增大了约1倍,与臭氧激光雷达观测的臭氧廓线比对相对误差在10%之内;4)利用本模型反演的对流层臭氧廓线在垂直维度上分析了内蒙古呼和浩特、乌兰察布夏季在8km和5km左右存在显著的平流层臭氧向对流层输送的过程,在水平维度上分析了中国华北平原(NCP)、长三角地区(YRD)和四川盆地(SCB)多年日尺度、月尺度以及年均尺度的臭氧结果及变化趋势。.本项目建立的对流层臭氧廓线反演框架解决了高空臭氧层强信号干扰的问题,对对流层臭氧卫星监测具有重要意义。
期刊论文列表
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Spatio-Temporal Characteristics of Tropospheric Ozone and Its Precursors in Guangxi, South China
广西对流层臭氧及其前体的时空特征
DOI:10.3390/atmos9090355
发表时间:2018
期刊:Atmosphere
影响因子:2.9
作者:Yapeng Wang;Chao Yu;Jinhua Tao;Zifeng Wang;Yidan Si;Liangxiao Cheng;Hongmei Wang;Songyan Zhu;Liangfu Chen
通讯作者:Liangfu Chen
A Retrieval of Glyoxal from OMI over China: Investigation of the Effects of Tropospheric NO2
从中国上空 OMI 反演乙二醛:对流层 NO2 影响的调查
DOI:10.3390/rs11020137
发表时间:2019-01
期刊:Remote Sensing
影响因子:5
作者:Wang Yapeng;Tao Jinhua;Cheng Liangxiao;Yu Chao;Wang Zifeng;Chen Liangfu
通讯作者:Chen Liangfu
Retrieval of Carbon Dioxide Using Cross-Track Infrared Sounder (CrIS) on S-NPP
使用 S-NPP 上的交叉轨道红外探测器 (CrIS) 反演二氧化碳
DOI:10.3390/rs13061163
发表时间:2021-03
期刊:Remote Sensing
影响因子:5
作者:Zhang Xinxin;Zhang Ying;Bai Lu;Tao Jinhua;Chen Liangfu;Zou Mingmin;Han Zongfu;Wang Zhibao
通讯作者:Wang Zhibao
Estimation of Lower-Stratosphere-to-Troposphere Ozone Profile Using Long Short-Term Memory (LSTM)
使用长短期记忆 (LSTM) 估计平流层低层到对流层臭氧剖面
DOI:10.3390/rs13071374
发表时间:2021-04
期刊:Remote Sensing
影响因子:5
作者:Zhang Xinxin;Zhang Ying;Lu Xiaoyan;Bai Lu;Chen Liangfu;Tao Jinhua;Wang Zhibao;Zhu Lili
通讯作者:Zhu Lili
Validation of OMI HCHO Products Using MAX-DOAS observations from 2010 to 2016 in Xianghe, Beijing: Investigation of the Effects of Aerosols on Satellite Products
利用2010年至2016年北京香河MAX-DOAS观测结果验证OMI HCHO产品:气溶胶对卫星产品影响的调查
DOI:10.3390/rs11020203
发表时间:2019-01
期刊:Remote Sensing
影响因子:5
作者:Wang Yapeng;Wang Zifeng;Yu Chao;Zhu Songyan;Cheng Liangxiao;Zhang Ying;Chen Liangfu
通讯作者:Chen Liangfu
整层大气颗粒物中有机成分的遥感反演研究
- 批准号:41601386
- 项目类别:青年科学基金项目
- 资助金额:19.0万元
- 批准年份:2016
- 负责人:张莹
- 依托单位:
热红外甲烷廓线物理反演中稳定性机理分析和模型研究
- 批准号:41201353
- 项目类别:青年科学基金项目
- 资助金额:24.0万元
- 批准年份:2012
- 负责人:张莹
- 依托单位:
国内基金
海外基金
