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温室气体对全球气候变化的重要影响是热点研究问题。温室气体柱浓度在研究温室气体全球传输模型、卫星数据校准、局地源和汇等方面具有重要作用。地基傅里叶变换红外光谱(FTIR)遥测方法作为一种高时间分辨温室气体柱浓度测量手段,保留了垂直输送信息。所以,开展温室气体柱浓度地基FTIR遥测方法研究具有重要的理论意义和应用价值。 论文以大气中温室气体柱浓度地基遥测为目标,完整研究了系统集成设计、测量数据预处理方法、红外光谱定量反演算法等问题。主要内容包括: 基于红外光谱信噪比和光谱测量关联性,提出了干涉图强度动态范围阈值筛选和相关性光谱鉴别方法,减小了云层干扰、光路失调、仪器非线性等因素对光谱反演结果的影响。 以红外大气辐射传输方程为基础,采用斯密森长法遥测整层大气透过率光谱,并将其分离为连续性水平和气体分子线吸收光谱,从而减小了气溶胶散射等因素对反演结果的影响,构建了测量向量;结合模式大气廓线参数和分子光谱数据库,详细研究了分子谱线参数修正方法,实现了非均匀复杂组分大气的多层多组分逐线积分方法,构建了气体吸收整层大气透过率模拟向量;分析了地基遥测反演问题的欠定性和超定性、前向模型非线性,研究了比例廓线非线性最小二乘迭代拟合近红外光谱反演方法,实现了实测整层大气透过率光谱解析,得到了斜柱浓度。 采用O2柱浓度作为获取总干空气柱浓度的手段和内标函数,研究了柱浓度平均体积混合比获取方法,减小了大气质量因子模糊效应等因素造成的误差,为数据校准和比较提供了依据。 设计集成了一套温室气体柱浓度地基遥测系统并开发了相关软件,在合肥地区开展了系统性能测试实验、温室气体CO2与CH4长时间连续观测实验、反演结果有效性验证实验,评价了系统短期和长期精度,获得并分析了温室气体柱浓度日变化和季节变化特征。