来源:Engineering 发布时间:2025/1/23 15:48:27
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我国首台紫外可见超光谱卫星仪器助力臭氧廓线高分辨率反演 Engineering

论文标题: High Spatial Resolution Ozone Profiles Retrieved from the First Chinese Ultraviolet–Visible Hyperspectral Satellite Instrument

期刊:Engineering

作者:赵飞, 刘诚, 胡启后, 夏丛紫, 张成歆, 苏文静

DOI:https://doi.org/10.1016/j.eng.2023.02.020

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近日,中国科学技术大学刘诚科研团队在《Engineering》期刊上发表了一项重要研究成果。该团队成功利用我国首台紫外可见超光谱卫星仪器,实现了高空间分辨率臭氧廓线的反演。

卫星遥感是获取高空间分辨率臭氧廓线的有效方法之一。高分五号卫星上搭载的环境痕量气体监测仪(EMI),是我国能够用于臭氧廓线监测的第一台紫外可见超光谱卫星光谱仪。然而,由于测量误差缺失和低信噪比等问题,使用 EMI 观测的后向散射光谱来反演臭氧廓线面临极大困难。例如,将为欧洲 TROPOMI 卫星开发的算法应用于 EMI 载荷,会导致反演 87% EMI 像元的臭氧反演失败。

为此,研究团队开发了一种适用于 EMI 仪器特性的臭氧廓线反演算法。他们首先对 EMI L1B 级数据进行软定标和底噪校正。通过软定标,成功将臭氧廓线的反演窗口设置为 310 至 340 纳米,并排除异常数据,显著改善了反演结果。而底噪校正则有效提高了反演的稳定性,使平均对流层臭氧柱浓度等数据更加准确。

该算法反演结果在大多数地区的拟合残差小于 0.3%。EMI 臭氧廓线与臭氧探空仪数据高度吻合,在五个不同纬度区域的最大平均偏差为 20%。将 EMI 平均核矩阵卷积应用于匹配两者的垂直分辨率后,EMI 平流层臭氧柱浓度和对流层臭氧柱浓度也与臭氧探空仪数据表现出很高的一致性。此外,EMI 臭氧廓线的低层(0 至 7.5 公里)与来自中国国家环境监测总站的近地面臭氧监测结果体现出一致的季节变化特征。

图. 2019年8月11日至15日臭氧廓线?相对湿度(RH)和位势涡度(PV)在115°E的剖面经度和25°N~45°N范围内的变化?ppbv: 十亿分之一体积?

研究人员还利用 EMI 臭氧廓线,结合位势涡度和相对湿度数据,成功捕获到了 2019 年 8 月 11 日至 15 日华中地区发生的平流层入侵事件,并且发现同期中国国家环境监测总站臭氧浓度快速升高,表明高空臭氧向下传输是加剧地表臭氧污染的重要原因之一。

这一研究成果为评估臭氧的垂直传输以及分析大气物理化学特性提供了重要依据,有助于深入研究和控制臭氧污染。该研究得到了中国国家自然科学基金、中国科学院战略性先导科技专项、安徽省重点研究与开发项目、国家科技重大专项高分辨率对地观测系统、中国气象局大气化学重点实验室以及中国科学院青年创新促进会的资助。

文章信息:

High Spatial Resolution Ozone Profiles Retrieved from the First Chinese Ultraviolet–Visible Hyperspectral Satellite Instrument

从中国首台紫外-可见光高光谱卫星仪器反演得到的高空间分辨率臭氧廓线

作者:

赵飞, 刘诚, 胡启后, 夏丛紫, 张成歆, 苏文静

引用:

Fei Zhao, Cheng Liu, Qihou Hu, Congzi Xia, Chengxin Zhang, Wenjing Su. High Spatial Resolution Ozone Profiles Retrieved from the First Chinese Ultraviolet?Visible Hyperspectral Satellite Instrument. Engineering, https://doi.org/10.1016/j.eng.2023.02.020

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开放获取全文

https://www.engineering.org.cn/engi/EN/10.1016/j.eng.2023.02.020

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