安徽省光学学会

2022年11月29日 星期二

大气与环境光学学报

《大气与环境光学学报》2021年第三期封面文章

文章来源:作者:钱园园发布时间:2021-06-11

Qian Yuanyuan, Si Fuqi, Luo Yuhan, et al. Retrieval of antarctic total ozone column from EMI[J]. Journal of Atmospheric and Environmental Optics, 2021,16(3): 215-222.

钱园园,司福祺,罗宇涵,等. EMI南极臭氧柱总量反演研究[J].大气与环境光学学报, 2021,16(3): 215-222.

      臭氧是地球上一种极其重要的痕量气体,它与人类健康、环境和气候变化密不可分。自臭氧空洞被发现以来,对臭氧柱总量的监测(尤其是南极臭氧柱总量的监测),仍然是星载探测器的任务之一。与地基观测相比,星载观测具有高时空分辨率的优势,利用星载观测来监测臭氧柱总量已成为臭氧观测的一种重要手段。

      中国科学院安徽光机所利用差分光学吸收光谱技术(DOAS),对我国首个星载大气痕量气体差分吸收光谱仪(EMI)返回的观测数据进行模拟,获得了EMI的臭氧柱总量。将EMI的臭氧柱总量结果和国外同类型载荷TROPOMI、OMI对比,相关性系数R2均大于0.97,结果表明EMI反演的臭氧柱总量产品可靠性高。此外,EMI的观测结果与南极长城站地基天顶散射光差分吸收光谱仪的结果一致,同时监测到了2018年10月与11月南极长城站上空臭氧空洞的出现。

一、反演方法

      本文采用了两步式DOAS算法对臭氧进行反演,即先通过DOAS方法获得斜柱浓度,然后通过SCIATRAN辐射传输模型设置观测几何等参数节点来建立大气质量因子(AMF)的查找表,再根据EMI的观测几何数据来插值得到AMF,进而得到臭氧的垂直柱浓度,即臭氧柱总量。

二、反演结果

      利用DOAS算法反演了2018年11月2日EMI南极区域的臭氧柱总量,结果如下图所示,EMI、TROPOMI和OMI结果如图(a)、(c)、(e)所示。EMI结果与OMI、TROPOMI结果一致,均观测到南极中高纬度的臭氧高值区域与南极内陆的臭氧低值区域,且EMI观测到的臭氧空洞区域(小于220 Dobson Unit(DU))也与TROPOMI、OMI一致。部分区域有30 DU的偏差,这是由于EMI与OMI、TROPOMI使用的辐射传输模型参数(地表反照率、先验廓线、气溶胶信息等)不同,并且EMI反演臭氧柱总量时未考虑云的影响。

三、工作总结与展望

      基于DOAS算法反演了EMI的臭氧柱总量,与国外同类型卫星载荷TROPOMI、OMI的结果相比,EMI的臭氧柱总量可靠性较高,但EMI的臭氧柱总量反演算法仍需进一步完善,云、气溶胶、先验廓线的处理是今后研究的重点方向,另外在全球范围对EMI臭氧柱总量进行校验也是接下来的工作之一。


课题组介绍

      中国科学院安徽光机所成像光谱技术研究室以大气环境立体监测需求为导向,以紫外可见吸收光谱学、成像电子学等为技术基础,开展基于紫外可见光谱大气成分光学遥感技术研究。发展了被动差分吸收光谱技术与地基、机载、星载大气成分协同监测技术,研发了地基一维、二维多轴差分吸收光谱仪,机载成像差分吸收光谱仪,星载成像差分吸收光谱仪等设备。在国内率先开展成像差分吸收光谱技术研究,研发了我国首台大气痕量气体测量载荷。