地基红外高光谱二氧化碳遥感探测及对卫星产品的验证

来源 :中国气象科学研究院 | 被引量 : 0次 | 上传用户:edward109
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目前大气二氧化碳监测卫星的地基验证较少涉及到地基站点特性以及验证策略对于卫星地基验证的影响。卫星二氧化碳地基验证需要充足的卫星和地基数据以平滑观测的随机误差。由于现有观测站网的空间分布较为稀疏,若要获得足够的卫星数据与地基数据的匹配对,则要使用宽松的匹配策略限制卫星观测数据。而在宽松的匹配策略下,卫星观测数据的不均一性则引入了验证的系统误差。足够精确的便携式地基观测能够改善卫星验证中随机误差与系统误差的冲突,便携式地基观测准确地在卫星星下点处观测能够获得足够多的匹配数据,而不需要使用宽松的匹配策略。本文使用傅立叶变换干涉仪125HR与便携式傅立叶变换干涉仪EM27/SUN观测XCO2,并用于卫星观测的验证。为了保证EM27/SUN的观测精度,在观测后对EM27/SUN观测光谱和反演得到的二氧化碳柱浓度值进行质量控制、优化纠正,并与Total Carbon Column Observing Network(TCCON)站点验证标定。地基观测的二氧化碳柱浓度分别与Greenhouse gases observing satellite(GOSAT)、Orbiting Carbon Observatory 2(OCO-2)和碳卫星作地基验证的时空匹配策略敏感性分析,并以平均偏差、标准差和皮尔逊相关系数表示地基数据与卫星数据之间的系统误差、随机误差和相关性。125HR与GOSAT的卫星验证策略敏感性分析结果显示,空间匹配网格为0.5°×0.5°时的皮尔逊相关系数高于其他空间匹配网格下的相关系数,而对应的标准差则低于其他空间匹配网格下的标准差。此外,在5°×5°的空间匹配网格下,三组卫星数据地基验证的皮尔逊相关系数均大于较小或较大空间匹配网格下的皮尔逊相关系数。验证的时间匹配策略由±1h增加至±2h时,绝对偏差和标准差随之增大,但相关系数却随之减小。在同样的时空匹配策略下,与125HR的验证结果相比,EM27/SUN的验证平均偏差相当小。而EM27/SUN XCO2与Orbiting Carbon Observatory 3(OCO-3)XCO2也在三周时间内显示了相同的变化趋势。分析地基观测验证结果得出结论:当卫星观测与地基观测匹配数据足够多时,选择严格的匹配策略能获得最好的验证性能。此外,5°×5°的空间匹配网格是匹配点数不足时的最优选择。而对于时间匹配策略,卫星验证的时间匹配策略应小于±1.5h,这是因为当时间匹配策略大于±1.5h,二氧化碳柱浓度的日际变化对验证的影响将不可忽略。EM27/SUN观测与GOSAT、OCO-3数据验证显示EM27/SUN具有卫星验证的能力。
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