留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

近红外CO2高光谱探测仪通道选择

毕研盟 杨忠东 卢乃锰 张鹏 王倩

毕研盟, 杨忠东, 卢乃锰, 等. 近红外CO2高光谱探测仪通道选择. 应用气象学报, 2014, 25(2): 143-149..
引用本文: 毕研盟, 杨忠东, 卢乃锰, 等. 近红外CO2高光谱探测仪通道选择. 应用气象学报, 2014, 25(2): 143-149.
Bi Yanmeng, Yang Zhongdong, Lu Naimeng, et al. Channel selection for hyper spectral CO2 measurement at the near-infrared band. J Appl Meteor Sci, 2014, 25(2): 143-149.
Citation: Bi Yanmeng, Yang Zhongdong, Lu Naimeng, et al. Channel selection for hyper spectral CO2 measurement at the near-infrared band. J Appl Meteor Sci, 2014, 25(2): 143-149.

近红外CO2高光谱探测仪通道选择

资助项目: 

国家高技术研究发展计划 2011AA12A104

详细信息
    通信作者:

    王倩, email: xjwangqian1108@gmail.com

Channel Selection for Hyper Spectral CO2 Measurement at the Near-infrared Band

  • 摘要: 近红外波段 (1.6 μm) 遥感可探测大气CO2含量信息,应用于碳循环研究中。宽波段、高分辨率不但对仪器研制是一个挑战,而且巨大的数据量对观测的正演、反演也是一个挑战性课题。该文应用自由度及信息量分析法,对近红外高光谱波段中探测通道进行CO2信息量分析,选择前20~100个高信息量的CO2探测通道,并进行了反演模拟测试。结果表明:前20个高信息量通道占所有通道总信息量的76.4%,仅用所选的前20个通道进行反演,与所有通道参加反演的结果相比,误差增加0.3×10-6;通道数增至60时,信息量增加,通道数再增加,信息量则增加不显著;CO2反演误差存在相似的关系。在高CO2信息量分布上,弱吸收性质的1.6 μm波段和强吸收性质的2.06 μm波段表现出不同特点。
  • 图  1  1.6 μm吸收带CO2典型吸收通道相对权重函数分布

    Fig. 1  The distribution of relative weighting functions of typical absorption channels for CO2 at 1.6 μm band

    图  2  1.6 μm吸收带光谱

    Fig. 2  The radiance calculated at 1.6 μm band using sun-normalized irradiance

    图  3  1.6 μm波段高信息量通道数与信息量关系

    Fig. 3  The relation between the selected channel number and information contents at 1.6 μm band

    图  4  2.06 μm吸收带光谱

    Fig. 4  The radiance calculated at 2.06 μm band using sun-normalized irradiance

    图  5  反演对比试验结果

    Fig. 5  The retrieval experiment results

    图  6  迭代收敛时整个光谱区间上模拟光谱及残差分布

    Fig. 6  The simulated radiance and residual spectrum using the sun-normalized irradiance when the iteration is convergent

    图  7  高信息量通道反演的XCO2误差以及反演时间效率

    Fig. 7  XCO2 error distribution and retrieved time efficiency

    表  1  1.6 μm波段高CO2信息量通道

    Table  1  High information content channels selected at 1.6 μm band

    序号 波数 归一化信息量
    1 6212.72 1.000
    2 6214.58 0.996
    3 6238.77 0.994
    4 6242.66 0.982
    5 6237.37 0.977
    6 6243.91 0.976
    7 6219.83 0.975
    8 6211.03 0.973
    9 6241.42 0.966
    10 6233.17 0.964
    下载: 导出CSV

    表  2  模拟计算和反演条件

    Table  2  The simulation and retrieval conditions

    模拟条件 参数
    大气参数 美国标准大气
    CO2含量 390×10-6
    地表反照率 0.15
    气溶胶类型 城市型,能见度为23 km
    光谱范围 1594~1624 nm
    光谱分辨率 0.08 nm
    太阳天顶角 60°
    下载: 导出CSV
  • [1] 江志红, 丁裕国.中国近百年气温场变化成因的统计诊断分析.应用气象学报, 1997, 8(2):175-185. http://qikan.camscma.cn/jams/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=19970224&flag=1
    [2] 卞林根, 高志球, 陆龙骅, 等.长江下游农业生态区CO2通量的观测试验.应用气象学报, 2005, 16(6):828-834. doi:  10.11898/1001-7313.20050608
    [3] Toon G, Blavier J F, Washenfelder R, et al.Total Column Carbon Observing Network (TCCON).Optical Society of America, 2009.
    [4] 程红兵, 王木林, 温玉璞, 等.我国瓦里关山、兴隆温室气体CO2, CH4和N2O的背景浓度.应用气象学报, 2003, 14(4):402-409. http://qikan.camscma.cn/jams/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=20030450&flag=1
    [5] 温玉璞, 汤洁.瓦里关山大气二氧化碳浓度变化及地表排放影响的研究.应用气象学报, 1997, 8(2):129-136. http://qikan.camscma.cn/jams/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=19970219&flag=1
    [6] 周凌晞, 刘立新, 张晓春, 等.我国温室气体本底浓度网络化观测的初步结果.应用气象学报, 2008, 19(6):641-645. doi:  10.11898/1001-7313.20080601
    [7] 温玉璞, 季秉法.用非色散红外气体分析仪进行大气CO2本底浓度的测量.应用气象学报, 1993, 4(4):476-480. http://qikan.camscma.cn/jams/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=19930480&flag=1
    [8] Rayner P J, O'Brien D M.The utility of remotely sensed CO2 concentration data in surface source inversions.Geophys Res Lett, 2001, 28(1):175-178. doi:  10.1029/2000GL011912
    [9] Chahine M T, Chen L, Dimotakis P, et al.Satellite remote sounding of mid-tropospheric CO2.Geophys Res Lett, 2008, 35(17):L17807. doi:  10.1029/2008GL035022
    [10] Crevoisier C, Chedin A, Matsueda H, et al.First year of upper tropospheric integrated content of CO2 from IASI hyperspectral infrared observations.Atmos Chem Phys, 2009, 9(14):4797-4810. doi:  10.5194/acp-9-4797-2009
    [11] Kulawik S S, Jones D, Nassar R, et al.Characterization of Tropospheric Emission Spectrometer (TES) CO2 for carbon cycle science.Atmos Chem Phys, 2010, 10(12):5601-5623. doi:  10.5194/acp-10-5601-2010
    [12] Yokota T, Yoshida Y, Eguchi N, et al.Global concentrations of CO2 and CH4 retrieved from GOSAT:First preliminary results.Sola, 2009, 5:160-163. doi:  10.2151/sola.2009-041
    [13] Crisp D, Atlas R M, Breon F M, et al.The orbiting carbon observatory (OCO) mission.Advances in Space Research, 2004, 34(4):700-709. doi:  10.1016/j.asr.2003.08.062
    [14] Velazco V, Buchwitz M, Bovensmann H, et al.Towards Space Based Verification of CO2 Emissions from Strong Localized Sources:Fossil Fuel Power Plant Emissions as Seen by a CarbonSat Constellation.University of WollongongResearch Online, 2011.
    [15] Crevoisier C, Chedin A, Scott N A.AIRS channel selection for CO2 and other trace-gas retrievals.Quart J Royal Meteor Soc, 2003, 129(593):2719-2740. doi:  10.1256/qj.02.180
    [16] Collard A D.Selection of IASI channels for use in numerical weather prediction.Quart J Royal Meteor Soc, 2007, 133(629):1977-1991. doi:  10.1002/qj.v133:629
    [17] Kuai L, Natraj V, Shia R L, et al.Channel selection using information content analysis:A case study of CO2 retrieval from near infrared measurements.Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer, 2010, 111(9):1296-1304. doi:  10.1016/j.jqsrt.2010.02.011
    [18] Saitoh N, Imasu R, Ota Y, et al.CO2 retrieval algorithm for the thermal infrared spectra of the Greenhouse Gases Observing Satellite:Potential of retrieving CO2 vertical profile from high-resolution FTS sensor.Journal of Geophysical Research:Atmospheres, 2009, 114(D17).
    [19] Rodgers C D.Inverse Methods for Atmospheric Sounding:Theory and Practice (Series on Atmospheric, Oceanic and Planetary Physics, Vol.2).Singapore:World Scientific, 2000. doi:  10.1088/0957-0233/24/1/015801/pdf
    [20] O'Dell C W, Connor B, Bosch H, et al.The ACOS CO2 retrieval algorithm—Part Ⅰ: Description and validation against synthetic observations.Atmos Meas Tech, 2012, 5(1):99-121. doi:  10.5194/amt-5-99-2012
    [21] Crisp D, Fisher B M, O'Dell C, et al.The ACOS CO2 retrieval algorithm-Part Ⅱ: Global XCO2 data characterization.Atmos Meas Tech, 2012, 5:687-707. doi:  10.5194/amt-5-687-2012
  • 加载中
图(7) / 表(2)
计量
  • 摘要浏览量:  4194
  • HTML全文浏览量:  1150
  • PDF下载量:  1615
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2013-06-14
  • 修回日期:  2013-11-18
  • 刊出日期:  2014-03-31

目录

    /

    返回文章
    返回