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大气中的CO2是重要的温室气体，其空间分布和源汇变化与人类生产生活息息相关。由于主要的碳源汇信息在近地表，因此近地表CO2浓度及其分布变化成为研究的热点。传统的地基观测覆盖范围太小，满足不了需求，星基遥感观测可以实现对全球碳循环的监测。欧盟、日本和美国等先后发射了用于监测全球CO2的碳卫星，中国自主研发的碳卫星已于2016年12月成功发射，目前还处在测试阶段，尚没有发布数据产品。与热红外相比，短波近红外卫星遥感观测对近地表的CO2浓度变化敏感，成为当前的研究热点。 本文以高精度曲面建模方法为基本方法，发展了碳卫星校飞实验区小区域和全球尺度的XCO2（二氧化碳平均柱浓度）模拟分析方法。对于碳卫星校飞实验区小区域，基于SCIATRAN模型的全物理反演算法（FP-SCIATRAN）和高精度曲面建模(HASM)的方法，模拟了校飞实验区的1km*1km的高精度XCO2分布。对于全球尺度，基于HASM的方法，对卫星观测、模式数据和地基观测等多源数据进行模拟分析，模拟了全球0.5°*0.5°的高精度XCO2分布。本研究的具体工作可以总结为: (1)提出了适用于碳卫星校飞实验XCO2的全物理反演方法。融合碳卫星校飞实验的高光谱遥感观测机理和地基同步观测，采用FP-SCIATRAN进行短波近红外XCO2反演。对于碳卫星校飞观测数据及地基同步观测数据，采用大气辐射传输模型SCIATRAN获得模拟光谱。采用最优化估计的方法，调节大气、地表等参数，将观测光谱与模型模拟光谱拟合，反演获得XCO2。 (2)给出了校飞实验的空地一体化的高精度XCO2的模拟方法。将FP-SCIATRAN反演的校飞实验区XCO2作为HASM的优化控制条件，回归模型获得的校飞实验区XCO2作为HASM的驱动场，模拟了校飞实验区的1km*1km的高精度XCO2分布，并与同时期OCO-2卫星观测的XCO2对比分析，校飞实验的平均绝对值误差为0.92ppm。 (3)发展了融合地基观测和模式数据的高精度XCO2模拟方法，分析研究了多源卫星数据(GOSAT和OCO-2)的不确定性。首先，以TCCON站观测的XCO2作为HASM的优化控制条件，GESO-Chem模拟的XCO2作为HASM的驱动场，模拟了全球0.5°*0.5°的高精度XCO2分布，然后以此XCO2分布对碳卫星GOSAT和OCO-2观测XCO2进行不确定性分析。分析结果表明，OCO-2观测XCO2偏差的在各大洲和各个经纬度带都小于GOSAT观测XCO2的偏差。 (4)发展了卫星观测XCO2的高精度插值模型。对于分辨率较高、精度较高的OCO-2观测的月均值XCO2，采用高精度曲面模型HASM对其空缺值进行空间插值，同时采用TCCON数据对HASM模拟的XCO2分布进行交叉验证，验证结果表明，HASM在插值模拟XCO2的平均绝对值误差为0.81ppm，相关系数为0.88。