甲烷是一种非常重要的温室气体,但是由于甲烷的观测资料有限,因此,人们对于甲烷的排放、空间分布特点、对气候系统的反馈作用等的定量描述还存在很多的不确定性。传统的地基观测,由于站点稀少,空间覆盖范围不够,较难满足应用需求。利用热红外卫星数据可以反演监测甲烷和二氧化碳气体,所以在我国研究甲烷的热红外遥感反演,自主掌握重要温室气体的卫星探测原理与技术方法,为我国甲烷气体分布规律的探测准备技术储备,对我国全球气候变化研究和国家的应对等,具有重要的现实意义。利用热红外反演甲烷垂直廓线,反演结果会受大气参数(如大气温湿廓线等)以及地表参数(如地表温度和地表发射率等)影响。基于此,本文首次在国内开展了热红外卫星遥感反演大气甲烷的方法研究,研究内容及成果如下：1.模拟分析大气状态参数和地表参数对大气甲烷垂直廓线反演的影响。利用CRTM辐射传输模型,分别模拟并分析了在甲烷的光谱吸收区间内,大气温湿廓线和地表参数的敏感性,以及对大气甲烷透过率及反演结果的影响。结果显示,大气温度廓线、N2O、水汽和二氧化碳等大气状态会给模拟辐射值的计算带来一定的影响。2.研究了一种快速获取大气CH4初始垂直廓线的方法。本文首次针对CrIS高光谱数据,开展了基于特征向量统计法的大气CH4初始垂直廓线获取方法的研究。主要包括以下步骤：通过CRTM辐射传输模型模拟辐射值；利用主成分分析法,对模拟辐射值协方差矩阵进行经验正交展开；利用最小二乘法,对廓线样本矩阵和模拟辐射值经验正交展开矩阵进行最佳拟合,计算回归系数；获取CrIS数据结合回归系数实现大气CH4廓线的快速反演。结果显示,该方法获取得到的大气CH4垂直廓线和真值趋势一致。3.中国地区的示范应用。利用Auqa/EOS的大气红外探测仪(AIRS)CH4产品,分析2003～2013年中国地区的近地面CH4浓度的时空分布特征。首先利用我国青海瓦里关(WLG)、台湾鹿林地区(LLN)及蒙古乌兰乌勒(UUM)地基观测数据AIRS V6近地面CH4浓度产品进行验证。结果表明,AIRS近地面CH4浓度与地面采样分析得到的CH4浓度变化趋势基本一致,相关系数r分别为0.68、0.5、0.69。进而从地域、季节变化和年际变化三个方面分析中国地区近地面CH4浓度的时空分布特征。结果表明：(1)近地面CH4浓度最低值位于西藏地区(-1800ppb),高值区位于新疆的北部、内蒙古及黑龙江的北部地区(-1920ppb)；(2)近地面CH4季节性变化明显,表现为夏季浓度高,冬季浓度低,尤其是西部地区,4月份为1838ppb,9月份增加到1882ppb；(3)从2003年到2013年,全国近地面CH4平均浓度除在2006年和2010年浓度有所下降外,基本上呈增长趋势,西北和东部地区与全国变化基本一致,东北地区年际增长比较迅速,南部地区增长不明显,西北地区年际浮动较大；(4) AIRSCH4遥感产品与地基遥感观测资料误差在2%以内。