高光譜分辨率紅外遙感大氣溫濕度廓線反演方法研究.pdf

1、隨著數(shù)值預(yù)報(bào)模式的快速發(fā)展和全球環(huán)境變化引起廣泛的關(guān)注，衛(wèi)星大氣遙感面臨更高的要求，現(xiàn)有的業(yè)務(wù)垂直探測(cè)系統(tǒng)已經(jīng)不能夠滿足科學(xué)和社會(huì)生產(chǎn)應(yīng)用的需要。目前的業(yè)務(wù)垂直探測(cè)儀器NOAA/HIRS3由于其權(quán)重函數(shù)較為平坦，接收到的輻射能量來(lái)自一個(gè)相當(dāng)厚的氣層，因而探測(cè)大氣精細(xì)垂直結(jié)構(gòu)變得幾乎不可能。衛(wèi)星反演的水平分辨率和時(shí)間分辨率是其它探測(cè)方法無(wú)法相比的，因此解決其低垂直分辨率的問(wèn)題是目前大氣垂直探測(cè)的當(dāng)務(wù)之急。美國(guó)和歐洲氣象衛(wèi)星組織率先發(fā)展了紅

2、外高光譜探測(cè)儀器，我國(guó)的高光譜探測(cè)儀器也進(jìn)入計(jì)劃之中。相應(yīng)地，高光譜資料的處理和反演方法研究也勢(shì)在必行。在這樣的背景下，本文開(kāi)展了高光譜分辨率紅外遙感大氣溫濕度廓線反演方法的研究工作，主要包括： (一)分析了目前在高光譜數(shù)據(jù)預(yù)處理中普遍使用的主成分分析方法，提出了獨(dú)立分量分析處理方法，指出獨(dú)立分量分析具有提取衛(wèi)星資料中十分重要的高階統(tǒng)計(jì)量和處理非高斯信號(hào)的能力，因而更適合高光譜分辨率遙感資料的處理。 (二)分析了目前常用

3、的各種物理反演方法之間的聯(lián)系和各自的優(yōu)缺點(diǎn)，在現(xiàn)代最優(yōu)化理論框架下統(tǒng)一了求解大氣遙感反演問(wèn)題的思路和方法，使求解大氣遙感反演問(wèn)題的研究工作立足于一個(gè)更堅(jiān)實(shí)的的理論基礎(chǔ)，具有更強(qiáng)的系統(tǒng)性。在此基礎(chǔ)上提出了求解大氣反演問(wèn)題的Levernberg-Marquardt方法和信賴域方法，克服了當(dāng)Hesse矩陣為奇異時(shí)無(wú)法求解的困難。 (三)提出了利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)反演溫度廓線的新的逐層反演的策略，該方法在很大程度上節(jié)約了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練時(shí)間并給出了

4、比通常方法更好的反演結(jié)果。 (四)通過(guò)反演誤差敏感性試驗(yàn)揭示了高光譜遙感大氣溫濕度廓線的一些特點(diǎn)，如反演誤差與光譜覆蓋范圍有關(guān)，且不同的光譜波段對(duì)不同的大氣層上的溫、濕度反演誤差有影響；在光譜覆蓋整個(gè)紅外譜段的條件下，當(dāng)通道數(shù)量大于100時(shí)，反演誤差對(duì)通道數(shù)量的增減不敏感，而當(dāng)通道數(shù)量小于100時(shí)，增減通道數(shù)量時(shí)反演誤差變化十分明顯。本文還研究了微波、非衛(wèi)星觀測(cè)因子、青藏高原在反演中的作用，得到了一些有價(jià)值的試驗(yàn)結(jié)果。

5、(五)在給定空間垂直分辨率的條件下，研究了通道寬度和通道數(shù)量對(duì)反演精度的影響，從大氣溫、濕度廓線反演的角度提出了發(fā)展我國(guó)自己的高光譜紅外大氣探測(cè)儀器的性能參數(shù)的最低限度要求，指出發(fā)展具有發(fā)展具有100個(gè)左右的光譜通道，通道寬度為2～4個(gè)波數(shù)的干涉式紅外大氣探測(cè)儀器(比我國(guó)目前FY-3初期的濾光片式紅外分光計(jì)的光譜波段寬度減小3～4倍)，可明顯改善大氣參數(shù)反演精度，同時(shí)也能夠基本滿足現(xiàn)階段的使用要求。為發(fā)展具有我國(guó)自己特點(diǎn)的高光譜紅外大氣