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卫星遥感探测大气CO


第 25卷 第 1期 2010年 1月

地球科学进展 ADVANCES IN EARTH SC I NCE E

V o.l 25 N o 1 . Jan , 2010 .

文章编号: 1001 8166( 2010) 01 0007 07

卫星遥感探测大气 CO2浓度研究最新进展

广玉 , 戴
1

*



1 2 , *

,徐



1, 2

( 1 中国科学院大气物理研究所大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室, 北京 . 2 中国科学院研究生院, 北京 . 摘 100049)

100029 ;

要: 大气 CO2是一种重要的长寿命温室气体, 用卫星遥感探测大气 CO2浓度由于可以连续地获

得其全球时空分布变化状况, 进而提高对大气 CO 2 源汇分布及区域和全球碳循环的认识, 因此已 经开始成为一个新的遥感研究领域。综合论述了利用卫星平台遥感探测大气 CO2 浓度分布的研 究现状: 简单叙述了现阶段对大气 CO 2 浓度时空分布和变化情况的直接仪器观测结果; 在此 基础上比较全面地综述了卫星遥感测量大气 CO 2 浓度的主要方法及获得的结果, 包括利用近红外 反射太阳光谱或地气热红外发射辐射光谱及两者的组合进行的模拟和卫星实测反演研究; ! 最后 简单地进行了总结并对未来研究提出了展望。 关 键 词: 卫星; 遥感; 二氧化碳浓度 文献标志码: A 引起的变化, 对研究大气 CO2 气候效应是非常重要 的, 同时高精度地测量大气 CO2 浓度对了解全球碳 循环收支也是必需的。现阶段, 大气 CO2 浓度资料 主要依赖于分布在世界不同地区的联合采样监测网 进行的直接仪器观测。近年来, 虽然取得了大量直 接仪器观测的 CO2 浓度资料, 但由于观测的成本较 高, 站点分布较少, 空间分辨率仍较低, 特别是广阔 的海洋、 极区、 沙漠和人烟稀少的高原等地区的观测 资料仍相当缺乏, 依然无法精确地评估大气与陆地 生态系统以 及大气 与海洋 间的 碳交 换量, 对大 气 CO 2 的源汇分布及其时空变化的理解还存在重大的 不确定性
[ 2 3] ,

中图分类号: P407

1 引



政府间气候变化专门委员会 ( IPCC ) 第四次科 [ 1] 学评估报告指 出 , 自工 业革命以来, 大气组成和 地表性质发生的变化已经改变了地气系统的能量收 支平衡, 引起了全球气候变化。大气温室气体含量 增加可能引起的全球变暖已成为目前最重要、 影响 最深远的全球环境问题之一。大气 CO2 是一种长 寿命温室气体, 其浓度增加首先将引起大气对射出 红外辐射吸收的增加, 进而产生气候变化的辐射强 迫。根据 IPCC的报告, 1750年以来大气 CO 2 浓度 增加产生的辐射强迫为 ( 1 66 ? 0 17) W /m , 约占 . .
2


[ 4] [ 5]

所有长寿命温室气体产生 辐射强迫的 63 。大气 % CO2 作为产生温室效应最主要的温室气体, 所带来 的全球变暖问题, 正日益受到人们的关注。 确定大气 CO2 浓度的自然变化 以及人为活动

卫星遥感是一种重要的监测大气参数和组成变 化的探测手段。K ing 和 Kap lan 首先提出了在卫 星上进行三维大气温度、 湿度探测。随后, 1960 年 美国发射了第一颗 T IROS 1试验气象卫星。经过近

*

收稿日期: 2009 03 10 修回日期: 2009 05 29 ; . * 基金项目: 风云三号卫星应用系统工程研发项目 # 红外分光计大气二氧化碳浓度卫星反演算法研 究及原形软件研 发 ? ( 编号: 4 5) ; 国 家重点基础研究发展计划项目 # 中国大气气溶胶及其气候效应的研究 ? ( 编号: 2006CB 403705) 资助. 作者简介: 石广玉 ( 1942 ), 男, 山东淄博人, 研究员, 主要从事大气辐射理论与观测以及卫星遥感探测研究. E ma i: sh igy@ m ai. iap ac cn l l . . * 通讯作者: 戴铁 ( 1984 ) , 男, 江苏泗阳人, 博士研究生, 主要从事卫星遥感探测研究. E m ai: daitie m ai. iap ac cn l @ l . .

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地 球科学进展

第 25卷

半个世纪的发展, 以卫星为平台的空基遥感观测已 经趋向深入和成熟。目前, 卫星遥感手段在测量大 气温度、 3浓度和气溶胶光学特性等大气常变物理 O 参数方面已经起了非常重要的作用, 获得了大量仪 器直接测量无法获得的宝贵资料, 提高了短期天气 预报和长期气候变化 预测能力 。空基遥感探测 大气 CO 2 浓度, 可以更好地获得其全球时空分布变 化状况, 提高对大气 CO2 源汇分布和大气输送过程 以及区域和全球碳循环的认识, 增强预测未来大气 CO2 浓度的能力, 进而增加对未来全球气候变化研 究和预测的可信度。本文将综述现阶段利用卫星平 台遥感探测大气 CO2 浓度分布的研究状况, 包括利 用反射太阳光谱或地气热红外辐射光谱及两者的组 合进行的模拟、 卫星实测反演研究及获得的主要结 果, 最后简单地 进行 了总结 并对 未来 研究提 出了 展望。
[ 6]

全球 CO2 平均浓度代表的夏威夷 冒纳罗亚观象台 的结果表明, 其年平均浓度已经从 1958年的 315 ? -6 - 6 10 , 增加到 2008 年的近 386 ? 10 , 这就是说, 在 约 50年的时间里增加了近 22 ( 71 ? 10 %
-6 - 6

), 而且

目前正在以每年大约 1 9 ? 10 ( 1999( 2008年 )的 . [ 12 ] 速率增加 , 人类活动大量燃烧化石燃料被认为是 导致 CO2 年平均浓度快速增长的主要原因。大气 CO 2 浓度空间分布的另一个主要特点为南北半球之 间存在约 3 ? 10 ~ 4 ? 10 的平均浓度差异 , 这 进一步表明近几十年来大气 CO 2 浓度的增加可能
- 6 - 6 [ 13]

主要源于北半球的人类活动, 而且从北半球扩散到 南半球大致需要 1~ 2年的时间。目前, 对大气 CO 2 浓度垂直分布结构的认识主要依赖于进行的几次飞 机和气球采样测量, 结果表明不仅大气 CO 2 的地面 浓度在增加, 整个对流层和平流层的浓度也在增加, 但是, 随着高度的增加, 大气 CO2 浓度的季节变化 幅度减小
[ 14~ 16 ]

2 大气 CO 2 浓度时空分布特点
K ee ling等 1958年在美国夏威夷冒纳罗亚观 象台 ( 19%32N, 155%35& ) 最早开始了大气 CO2 浓 ' W 度的连续观测, 观测结果第一次指出大气 CO2 不仅 年平均浓度存在不断增长趋势, 同时由于陆地生态 系统的光合作用, 其浓度同时呈现出季节变化。随 后, 连续进行大气 CO2 浓度直接仪器观测的站点不 断增多。美国国家海洋和大气管理局全球监测部门 ( NOAA /GMD ) 20世纪 70 年代后期开始开展了最 广泛的大气 CO 2 浓度全球观测, 目前主要包括 6个 地面观测站点的连续测量和大约 50个站点的每周 采样测量 。除了地面观测之外, 还利用飞机和高 空气球等工具进行了空中观测, 以便获得大气 CO2 浓度及其变化的垂直分布。当然, 与地面观测相比, 空中观测的难度和耗费要大得多, 所以有关资料相 对缺乏。目前, 最完整、 系统的资料来自日本东北大 学大气与海洋观测研究中心
[ 8~ 10] [ 1] [ 7]



3 卫星遥感测量大气 CO2 浓度
3 1 模拟研究 . 卫星遥感测量大气 CO2 浓度的模拟研 究是指 利用一定的辐射传输模式模拟计算大气中的辐射传 输过程, 考查利用卫星平台反演大气 CO2 浓度的可 行性、 测量波段和反演精度等的数值试验, 进而为卫 星探测仪器的发展提供一定的依据。卫星遥感大气 气压和温度廓线通常是假定大气 CO 2 浓度在一定 时间内为已知的定值, 进而利用卫星通道测量的辐 射值来反 演大气气压和温度廓线。 Park 通过实 验设计最早提出利用掩星观测方式测量 O2 跃迁 A 带内的卫星辐射率测值反演获得大气气压和温度廓 线后, 再利用 CO2 吸收带内的辐射测值来反演大气 CO 2 廓线, 因为在大约 100 km 高度以下的地气系统 中, 大气 O 2也是 一种分布 比较均匀 的主要大 气成 分。其选择的 O 2跃迁 A 带位于可见光区的 12 900 ~ 13 166 c , CO 2 吸 收带 为近 红外 光区 的 4 3 m . m、 . 7 m 和 2 0 m 带, 反演结果表明利用傅立 2 . 叶分光计对 30~ 10 km 高度范围内的大气气压、 温 度和 CO 2 混合比浓度的误差可分别小于 1 、 K 和 % 1 1 , 并指出更好的实验设计, 可以获得更高的反演 % 精度和 10 km 以下的结果。 卫星探测通道波段的选择对于反演结果的精度 具有重要的作用, 大气 CO2 最重要的 2个强吸收带 是位于红外光谱的 15 m 和 4 3 m 带, 因此利用 . 红外辐射光谱遥感大气 CO2 浓度 成为一个重要的
- 1 [ 17]



通过对近 50年大气 CO2 浓度的直接仪器观测 结果分析可以简单地发现其时空分布的若干特点, 这些测量结果资料可以方便地由二氧化碳资料分析 中心 ( CD I C ) 的数据集获得 A
[ 11 ]



大气 CO 2 浓度由于陆地生物圈 的光合作用呈 现出明显的季节变化, 每年夏季出现最低值。由于 北半球陆地生物圈面积较南半球更为广阔, 因此大 气 CO 2 浓度季 节变化在 北半球 表现得更 为显著。 大气 CO 2 年平均浓度呈现出的快速增长趋势, 这对 全球气候变化研究来说显得更为重要, 通常被用作

第 1期

石广 玉等: 卫星遥感探测大气 CO2 浓度研究最新进展
[ 18]

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研究方向。 Enge len等

探究了利用在未来几年内

可能使用的空间大 气红外探测仪 器反演大 气 CO2 浓度廓线的可行性, 主要为搭载在气象业务极轨卫 星 ( M ETOP) 上的红外大气探测干涉仪 I S I A
[ 19]

0 5 。Kuang 等 指出同时利用近红外 CO2 1. 58 . % m 和 2 06 m 及 O2 0 76 m 3个波段高分辨率的 . . 反射太阳光谱可以较好地测量大气 CO 2 平均柱浓 度。模拟试验表明: 在多种大气模式和地表条件下, - 6 晴空时的反 演精 度可 以达 到 0 3 ? 10 ~ 2 5 ? . . 10 , 并且发现近红外反射太阳光谱表现出对近地 [ 25 ] 面层内 CO 2 浓度变化的高灵敏性。M ao 等 利用 LBLRTM 逐线积分辐射 传输模 式
[ 26, 27] -6

[ 24]

和空

间观 测 平 台 ( EOS Aqua ) 上 的 大 气 红 外 探 测 器 [ 20] A IRS 。首 先利用一个 GCM 模式模 拟出大气温 度、 湿度和 CO2 浓度等参数, 然后利用辐射传输模 式 算 出 500 ~ 2 500 c m
- 1 -1

波段内光谱分辨率为

模拟计 算给

1 c 的大气 顶射出辐射率 作为卫星测 量的辐射 m 值, 进而反演获得大气 CO2 廓线。研 究结果表明: 对自由对流层内的 CO 2 浓度可以获得较好的反演 精度, 月平均的对流层大气 CO2 柱浓度反演精度可 达 1 ? 10 , 但在边界层或平流层反演结果主要依赖
- 6

出: 若卫星探测器达到一定的测量精度和光谱分辨 率, 利用近红外 1 58 m 反射太阳光谱可以测量出 . 近地表层大气 CO2 浓度 1 的变化, 为卫星仪器设 % 计提供一定的参考标准。 [ 28] Christi等 初步调查研 究了分别利用 近红外 1 6 m 高分辨率的反射太阳光谱和中等分辨率的 . 红外发射光谱反演大气 CO2 浓度的优缺点。结果 表明: 对于大气对流层中部的 CO 2 浓度, 利用红外 发射光谱的反演结果要优于近红外反射太阳光谱, 但红外辐射光谱对近地面层的 CO 2 浓度变化不太 敏感, 近红外反射太阳光谱对近地面层的 CO2 浓度 变化则具有较好的反演结果, 同时利用两者组合反 演的 CO2 浓度结果表现出更好的效果。 3 2 卫星实测研究 . 自 1978年以来, NOAA 系列的极轨气象卫星已 经提供了连续对地球表面和大气的观测, 其搭载的 T I OS N 业务垂直探测器 ( TOVS) 利用高分辨率红 R 外探测器 ( H I S)和微波探测装置 ( M SU ) 测量地气 R [ 29] 系统红外和微波部分波段的发射辐射 , 进而提供 连续的全球地表、 大气温度和水汽廓线等观测资 云、 料。 Ch d in 等 通过对 NOAA 10 的 H IRS 1987 年 7月至 1991年 9月的观测资料与 4A 辐射传输模 式 正向模拟结果的差别研究发现: 由于在模式模 拟计算中通常假定大气 CO2、 2 O 和 CO 等辐射活 N 性气体的浓度为固定值, 而实际这些气体浓度存在 季节和年际的变化, 因此对不同时间尺度 ( 季节、 年 际 ) 的亮度温度模拟结果与 TOVS观测结果的差别 进行详细分析, 可以获得这些气体浓度变化的信息。 这不仅可以反映出大气 CO 2 季节变化的特性, 同时 由于人类活动导致其浓度不断增加的年际变化趋势 也可以获得一定程度的反映, 但由于 TOVS 具有的 是中分辨率的光谱通道, 其高度分辨率有限, 并且通 [ 33] 常无法分辨出气体重叠吸收的信息。 Ch d in 等 进一步利用 NOAA 10的 TOVS 1987年 7月至 1991 年 6 月的观测资料 反演获得了热 带地区 ( 20%N ~ 20%S)对流层中部的大气 CO2 浓度, 这是由于高分
[ 32] [ 30, 31]

于初始假定值, 同时指出薄卷云的影响和辐射传输 计算的 误差可能 会降低 反演 结果的 精度。 Ch din 等 进一步全面探讨了新一代先进的大气红外探 测器对大气 CO2 浓度变化的敏感度, 同时考察了大 气温度、 水汽和微量气体浓度误差可能带来的影响。 研究发现: 虽然 CO 2 信号低于或接近于 I SI的仪器 A 噪声, 并且对某些卫星通道大气温度和水汽误差作 用可能占支配地 位, 但对 空间分辨率 为 500 km ? 500 km 半月平均的大气 CO2 柱浓度反演可以达到 1 的精度。戴铁等 %
[ 22] [ 21]

通过利用一种快速逐线积分

辐射传输模式模拟计算卫星辐射率测值, 提出了 4 个适于用来遥感探测大气 CO2 浓度的红外波段, 反 演试验表明利用这 4个卫星通道可以获得自由对流 层大气 CO2 浓度变化。 分析 CO 2 吸收光谱可以看出, CO2 不仅在红外 光区的 15 m 和 4 3 m 带具有较强的吸收, 同时 . 在近红外的 2 0 m 和 1 6 m 带也具有一定的吸 . . [ 23] 收能力。O& ien 等 分析了利用 CO2 1 61 m 吸 Br . 收带内的反射太阳辐射光谱测量 大气 CO2 柱浓度 的可行性及大气气溶胶和云的不确定性可能带来的 影响。研究结果表明: 晴 空条件下, 测量 CO2 1. 61 m 吸收带内 2个波段的反射太阳辐射, 原则上可 以精确地反演获得大气 CO2 柱浓度; 但如果存在薄 云或气溶胶时, 由于大气粒子的散射作用, 将改变太 阳辐射的光学厚度和 CO2 总的柱吸收作用, 使得反 演精度大大降低, 此时一种较好的方法是同时测量 大气 O2 1 27 m 带内的辐射光谱来获得大气散射 . 光学厚度, 进而去除大气散射作用的影响。基于一 个简单的辐射传输模式模拟计算表明, 在含有适度 的云和气溶胶条件下, 同 时测量 O2 和 CO2 吸收带 的辐射值可以使 CO 2 平均柱浓度的反演精度达到

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地 球科学进展

第 25卷

辨率红外探测器 H I S位于 CO2 吸收带内的通道主 R 要对对流 层中部 的 CO2 浓度变 化具有探 测能力。 结果表明: 不仅大气 CO2 月平均浓度、 季节变化和 纬度变化幅度与飞机采样观测的结果符合较好, 同 时大气 CO2 年际的增长趋势甚 至厄尔尼诺 ( 南方 涛动事件对大气 CO2 浓度变化的影响也清晰可见, 初步估计已获得的水平分辨率为 15% ? 15% 的月平 均对流层中部 CO 2 浓度反演精度的标准偏差为 3 6 . ? 10 。
-6

的大气 CO2 浓度呈现出季节变化, 表明利用 A I S R 和 SC I MACHY 可以获得一定的大气 CO2 浓度的分 A 布情况, 但由于 A IRS和 SCIAMACHY测量光谱波段 的不同, A IRS主要对对流层中上部的 CO2 浓度变化 较敏感, 而 SC I MACHY 则对近地面层的 CO2 浓度 A 变化较敏感。 B ark ley等
[ 42 ]

进一步通过与飞机和地

表观测结果的对比, 评估了利用 SC I MACHY 探测 A 对流层底部和地表大气 CO 2 浓度变化的能力, 反演 获得的月 平均 大 气 CO2 浓度 结 果表 明, SC I MA A CHY 具有探测对流层底部大气 CO2 浓度季节变化 的能力。 美国 宇 航 局 ( NASA ) 计 划 的 轨 道 碳 观 测 器 ( OCO )是第一颗专门用来探测大气 CO2 浓度的卫 星, 设计采用近极地太阳同步轨道, 三轴定向稳定, 高度为 705 km, 每天 绕地球 14 65圈, 实现周期为 . 16天的全球重复探测
[ 43]

2002年 5月发射的搭载在空间观测平台 ( EOS A qua)上的大气红外探测器 A IRS 拥有 2 378个通 道, 测量光谱区间为 3 7~ 15 4 m 的红外发射辐 . . 射, 具备非常高的分辨率, 且提供了仅对 CO2 浓度 变化 较 敏 感 的 通 道。 C revoisier 等
[ 34]

利 用 A IRS

2003年 4~ 10 月的观测资料反演获得了热带地区 海洋上空夜间对流层中部的大气 CO2 浓度, 其使用 的反演方法与 Ch din等
-6 [ 33]

。通过测量 0 76 m 的 O 2 .

的相似, 均为神经网络
[ 35 ]

非线性回归方法, 与 H I S相比, 利用 A I S反演精 R R 度可达 2 5 ? 10 。 Enge len等 利用资料同化方 . 法分析 A I S近 1年的辐射观测资料来获得全球对 R 流层大气 CO 2 平均浓度分布情况, 结果与飞机采样 测量对比发现: 对于 5天平均的 6% ? 6% 格点, CO2 浓 度反演误差可以达到 1 。 Chahine等 %
[ 36]

跃迁 A 带及 CO2 的 1 61 m 和 2 06 m 带的反射 . . 太阳光谱, 将第一次以空间为基础, 较高精度地探测 全球大气 CO2 平均柱浓度分布, 空间分辨率和测量 精度将满足确定区域尺度 CO2 源汇分布的需求
[ 45] [ 44]



OCO 卫星采用的是最优非线性反演算法 , 主要包 括一个正演辐射传输模式和一个反演模式, 由卫星 辐射率实际测值和正演模式模拟的大气顶出射辐射 率, 通过最优估计理论 同时反演获得大气 CO 2 浓 度、 地表气压和大气温度等参数。由于 OCO和 SC I AMACHY 几 何 观 测 方 式 和 测 量 光 谱 区 间 相 似, B sch等 通过对比, 分别利 用 SC I MACHY 2004 A 年 6~ 10月与 2005年 2~ 8月对美国 W isconsin 的 Park F alls地区 ( 46%N, 90% ) 观测资料和相对应的 W 地面太阳吸收光谱观测资料对大气 CO 2 浓度、 地表 反照率及地表气压等反演结果, 检验了 OCO 卫星的 反演算法, 结果表明 OCO卫星的光谱和空间分辨率 为 SC I MACHY 的 10~ 20 倍, 将极大地 提高 大气 A CO 2 浓度的反演精度。遗憾的是 OCO 卫星在 2009 年 2月发射失败。
[ 45] [ 46]

利用 A IRS

观测资料反演获得的对流层中部 CO2 浓度与直接 采样测量的结果对比发现, 对于 5 ? 10 的季节变
- 6

化反演精度可达 ( 0 43 ? 1 20) ? 10 。 . .
- 6

大气制图扫描成像吸收光谱仪 SC I MACHY是 A 紫外 ( 可见 ( 近红外高光谱分辨率探测仪, 搭载于 欧洲宇航局 2002年 3月发射的环境监测卫星 ENV ISAT 上, 设计用来调查对流层和平流层的大气组成 及变化过程 等
[ 38 39 ] , [ 37 ]

, 主要测量太阳后向散射辐射来反演

大 气 CO2 平 均 柱 浓 度 的 全 球 分 布。 Buchw itz 首先利用 SC I MACHY 观测资 料反演获得 A 了 2003年陆地地区大气 CO2 平均柱浓 度分布, 反 演结果第一次表明利用卫星测量结果可以获得区域 大气 CO 2 源汇的分布。 Buchw itz等 利用 SC I M A ACHY 2003( 2005年 的观测资 料第一次 从空间探 测获得了大气 CO 2 浓度年际变化, 结果与地面观测 对比, 误差可以达到 1 ? 10
- 6 [ 40]

4 结语与展望
如上所述, 大气 CO2 是一种重要的长寿命温室 气体, 连续获取大气 CO 2 浓度全球分布和变化对于 认识其气候效应具有非常重要的作用。卫星遥感探 测大气 CO 2 浓度可以弥补直接仪 器观测资料有限 的局限性, 已经开始成为一个新的研究领域。研究 者们通过利用辐射传输模式进行数值反演模拟试验 和分析已有可以利用的卫星实测资料, 已经取得了

/ a Barkley 等 。

[ 41]

对比

了利用 SC I MACHY 和 A I S在 2003年观测资料反 A R 演获得的北美大气 CO 2 平均浓度的结果, 发现反演 获得大气 CO 2 浓度在空间分布上具有一致性, 利用 A IRS和 SC I MACHY 分别获得对流层中部和底部 A

第 1期

石广 玉等: 卫星遥感探测大气 CO2 浓度研究最新进展

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一定的成果, 主要体现在以下几个方面:

发现适于

和变化特性; , 进行已有卫星测量资料的分析, 提取 大气 CO2 浓度变化的信息; ?进行云和气溶胶影响 大气 CO2 浓度反演结果的分析, 探寻有云和气溶胶 条件下卫星探测大气 CO 2 浓度的方法。 参考文献 ( R eferences):
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用来反演大气 CO 2 浓度的波段主要为红外发射辐 射光谱区的 4 3 m 和 15 m 带以及近红外反射太 . 阳辐射光谱区的 1 58 m、. 61 m 和 2 06 m 带; . 1 . 红外发射光谱包含的主要是自由对流层大气 CO2 浓度的信 息, 对 边界层 CO2 浓度 变化几 乎没有响 应, 因此红外辐射光谱主要适于探测自由对流层大 气 CO2 浓度的变化; ! 近红外反射太阳辐射光谱包 含的主要是对流层底部 CO2 浓度的信息, 因此其较 红外辐射光谱更适合于用来探测 地面大气 CO2 浓 度的分布; )通过对高分辨率红外探测器 ( H IRS )实 测资料的分析, 发现其可以探测出大气 CO2 浓度季 节变化, 利用 A I S 观测资料已经反演获得了热带 R 地区海洋上空夜间对流层中部的大气 CO2 浓度, 利 用 SC I MACHY观 测结果已 经可以 获得区 域大气 A CO2 源汇的分布。 但同时也存在一些问题, 主要有: 由于卫星测 量辐射率不仅受大气 CO2 浓度影响, 同时还受大气 温度廓线、 水汽和臭氧含量等参数的影响, 这些参数 的测量误差增加了卫星反演大气 CO2 浓度的不确 定性; 大气 CO2、 2O 和 O2 等气体吸收谱线资料 H 的误差, 在一定程度上造成了对大气中辐射传输过 程的模拟计算误差, 影响卫星反演大气 CO2 浓度的 精度; ! 云和气溶胶粒子通过散射和吸收作用影响 太阳短波辐射在大气中的传输特征, 对云和气溶胶 粒子理化和光学特性认识的不确定性, 大大降低了 卫星反演大气 CO 2 浓度的精度。因此, 目前可以获 得的主要是晴空条件下的反演结果。 综合以上对卫星遥感探测大气 CO2 浓度研究 现状的分析, 未来该领域应当在以下方面加强研究: 进一步探寻仪器在技术方面可以达到的光谱分辨 率和探测精度, 并作为数值模拟反演试验的参数计 算在更高的光谱分辨率和测量精度下可以达到的反 演精度; 完善大气分子吸收特性的实验室测量, 获 取更加精确的分子吸收谱线资料, 为提高辐射传输 计算的精度提供基础; ! 进行大气 CO2 浓度、 大气 温度廓线、 臭氧和水汽含量等参数的同时联合反演, 降低大气温度廓线、 臭氧和水汽含量等误差对反演 精度的影响; ) 进行不同反演算法的对比研究, 分析 各种方法的误差来源, 进而不断完善反演算法; ? 进 行近红外反射太阳辐射光谱和红外发射光谱的联合 探测, 弥补利用 单一光谱 探测大气 CO2 浓度的局 限; +利用高光谱分辨率的卫星辐射率测值, 进行大 气 CO2 廓线的反演, 获取大气 CO 2 浓度的垂直分布

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地 球科学进展
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Abstract A tm ospheric carbon diox id e is an i portan t and long liv ed g reenhouse gas. Satellite m easure ents : m m of the distribu tio n o f th e g lobal at ospheric CO 2 w ou ld get its contin uous change I proved quantitative understand m . m ing o f the distribution and variab ility o f the sources and sinks of CO2 and the g lobal carbon cycle w ould be done , fu rther o re the research and prediction on the g lo ba l cli ate change w ou ld be enhanced The rem ote sensing o f m , m . th e atm ospheric CO2 from instrum entat io n aboard satellite has been a new area of research T he research on th e re . m ote m easurem ent of the d istr ibution of th e atm ospheric CO2 from sate llite is summ arily comm ented. F irstly the , temporal and spatial d istr ibution and variability of at ospheric CO2 concentration m onitored by d irect in stru ent ob m m servat io ns is presen ted then th e m ain m ethods and resu lts of sate llite re o te sensing m easurem ents of atm ospheric , m CO2 concentration are rev iew ed in cluding th e m easure ents of the near infrared reflected sun lig ht or the th er a l , m m in frared e ission spectroscopy and the comb in ation of both m easure en, f in ally th e su ary and prospects are m m t mm discussed briefly . K ey w ord s Satellite; R e o te sensing; C arbon diox ide concentrat io n : m .

2010年第 2期要目
楚科奇海融冰过程中的海水结构研究 …………………… 赵进平, 史久新, 金明明, 李超伦, 矫玉田, 卢 勇

牡蛎壳体的同位素贝壳年轮研究 …………………………… 范昌福, 王 宏, 裴艳东, Koen ig er P au, 李延河 l 东海冷涡中心位置及季节性变化的初步研究 ………………………………………… 王 刚, 兰 健, 孙双文 我国南方早古生代聚煤过程中硫的生物地球化学行为及成矿效应 …………… 姚素平, 丁海, 胡 日本南海海槽俯冲增生楔前缘的构造变形特征 ……………………………………… 李春峰, 苏 凯, 焦 新, 姜 堃 涛,

U jiie K, Fabbri O, Y a aguchi A, Chester F M, K i ura G, I DP Expedition 316 Scientists m m O


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