高光譜分辨率紅外遙感大氣溫濕度廓線反演方法研究.pdf

1、隨著數(shù)值預(yù)報模式的快速發(fā)展和全球環(huán)境變化引起廣泛的關(guān)注，衛(wèi)星大氣遙感面臨更高的要求，現(xiàn)有的業(yè)務(wù)垂直探測系統(tǒng)已經(jīng)不能夠滿足科學(xué)和社會生產(chǎn)應(yīng)用的需要。目前的業(yè)務(wù)垂直探測儀器NOAA/HIRS3由于其權(quán)重函數(shù)較為平坦，接收到的輻射能量來自一個相當(dāng)厚的氣層，因而探測大氣精細(xì)垂直結(jié)構(gòu)變得幾乎不可能。衛(wèi)星反演的水平分辨率和時間分辨率是其它探測方法無法相比的，因此解決其低垂直分辨率的問題是目前大氣垂直探測的當(dāng)務(wù)之急。美國和歐洲氣象衛(wèi)星組織率先發(fā)展了紅

2、外高光譜探測儀器，我國的高光譜探測儀器也進(jìn)入計劃之中。相應(yīng)地，高光譜資料的處理和反演方法研究也勢在必行。在這樣的背景下，本文開展了高光譜分辨率紅外遙感大氣溫濕度廓線反演方法的研究工作，主要包括： (一)分析了目前在高光譜數(shù)據(jù)預(yù)處理中普遍使用的主成分分析方法，提出了獨(dú)立分量分析處理方法，指出獨(dú)立分量分析具有提取衛(wèi)星資料中十分重要的高階統(tǒng)計量和處理非高斯信號的能力，因而更適合高光譜分辨率遙感資料的處理。 (二)分析了目前常用

3、的各種物理反演方法之間的聯(lián)系和各自的優(yōu)缺點(diǎn)，在現(xiàn)代最優(yōu)化理論框架下統(tǒng)一了求解大氣遙感反演問題的思路和方法，使求解大氣遙感反演問題的研究工作立足于一個更堅(jiān)實(shí)的的理論基礎(chǔ)，具有更強(qiáng)的系統(tǒng)性。在此基礎(chǔ)上提出了求解大氣反演問題的Levernberg-Marquardt方法和信賴域方法，克服了當(dāng)Hesse矩陣為奇異時無法求解的困難。 (三)提出了利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)反演溫度廓線的新的逐層反演的策略，該方法在很大程度上節(jié)約了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練時間并給出了

4、比通常方法更好的反演結(jié)果。 (四)通過反演誤差敏感性試驗(yàn)揭示了高光譜遙感大氣溫濕度廓線的一些特點(diǎn)，如反演誤差與光譜覆蓋范圍有關(guān)，且不同的光譜波段對不同的大氣層上的溫、濕度反演誤差有影響；在光譜覆蓋整個紅外譜段的條件下，當(dāng)通道數(shù)量大于100時，反演誤差對通道數(shù)量的增減不敏感，而當(dāng)通道數(shù)量小于100時，增減通道數(shù)量時反演誤差變化十分明顯。本文還研究了微波、非衛(wèi)星觀測因子、青藏高原在反演中的作用，得到了一些有價值的試驗(yàn)結(jié)果。

5、(五)在給定空間垂直分辨率的條件下，研究了通道寬度和通道數(shù)量對反演精度的影響，從大氣溫、濕度廓線反演的角度提出了發(fā)展我國自己的高光譜紅外大氣探測儀器的性能參數(shù)的最低限度要求，指出發(fā)展具有發(fā)展具有100個左右的光譜通道，通道寬度為2～4個波數(shù)的干涉式紅外大氣探測儀器(比我國目前FY-3初期的濾光片式紅外分光計的光譜波段寬度減小3～4倍)，可明顯改善大氣參數(shù)反演精度，同時也能夠基本滿足現(xiàn)階段的使用要求。為發(fā)展具有我國自己特點(diǎn)的高光譜紅外大氣