热红外高光谱反演甲烷垂直廓线初步研究

【摘要】：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。 【关键词】：CH_4 CrIS 热红外反演 主成分分析 快速辐射传输模型 通道选择
【学位授予单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：X87;X831
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-16
• 第一章 绪论16-32
• 1.1 研究背景及意义16
• 1.2 大气甲烷16-23
• 1.2.1 大气甲烷温室效应17-21
• 1.2.2 大气甲烷的源与汇21-22
• 1.2.3 未来大气甲烷的增长趋势预测22
• 1.2.4 大气甲烷的分布22-23
• 1.3 国内外研究进展23-29
• 1.3.1 早期的CH4探测方法23-25
• 1.3.2 卫星探测CH425-29
• 1.4 大气遥感反演29-30
• 1.5 小结30-32
• 第二章 热红外卫星遥感原理与辐射传输模型32-40
• 2.1 大气成分及其分布32-33
• 2.2 红外大气辐射传输方程33-34
• 2.3 快速辐射传输模型CRTM34-36
• 2.4 高光谱红外卫星CRIS数据介绍36-37
• 2.5 大气参数反演问题37-38
• 2.6 小结38-40
• 第三章 EOF法反演甲烷垂直廓线40-56
• 3.1 反演方法40-41
• 3.2 训练样本集41-42
• 3.3 统计回归原理42-45
• 3.4 通道和特征向量选择实验45-54
• 3.4.1 SARTA模型通道选择实验46-50
• 3.4.2 CRTM模型通道选择实验50-54
• 3.5 小结54-56
• 第四章 甲烷反演验证及应用56-64
• 4.1 反演过程56-58
• 4.2 误差分析58-59
• 4.3 结果验证59-60
• 4.3.1 TCCON数据59-60
• 4.4 中国地区应用示范60-63
• 4.4.1 中国地区CH4月份均值变化61-62
• 4.4.2 中国地区CH4季均值变化62-63
• 4.5 小结63-64
• 第五章 利用AIRS产品分析中国地区甲烷时空分布特性64-74
• 5.1 数据资料64-65
• 5.1.1 AIRS遥感产品64
• 5.1.2 CH4地基观测资料64-65
• 5.2 AIRS CH4产品精度验证65-68
• 5.3 结果分析68-73
• 5.3.1 中国近地面CH4分布特征68-71
• 5.3.2 中国近地面CH4季节变化特征71-72
• 5.3.3 中国甲烷长期变化趋势72-73
• 5.4 结论73-74
• 第六章 总结与展望74-78
• 6.1 总结74-75
• 6.2 展望75-78
• 致谢78-80
• 参考文献80-85
• 附录A85

您可以在本站搜索以下学术论文文献来了解更多相关内容

北京大气甲烷季变化及发展趋势    王跃思,王明星

冻土区甲烷排放研究进展    金会军，程国栋

瓦里关山大气CH_4本底变化    周凌晞,李金龙,汤洁,温玉璞,张晓春

一种利用卫星红外遥感资料反演晴空大气参数的物理统计方法    黄静;邱崇践;张艳武;

Spatiotemporal variations in mid-upper tropospheric methane over China from satellite observations    

我国西北部沙漠地区大气甲烷浓度的季节变化和长期变化趋势    王明星,刘卫卫,吕国涛,龚晏邦,R.A.Rasmussen,M.A.K.Khalill

内蒙古自治区主要畜禽甲烷排放现状及对策    杨彦明;庞彰;乌恩;

温室气体的源与汇    王明星,张仁健,郑循华

温室效应及其防治对策    范彩玲;高向阳;朱保安;

干旱地区农田生态系统中N_2O排放研究    李友宏;王芳;刘汝亮;赵天成;陈晨;杨正礼;

主被动联合遥感云雨分布的研究进展    范根昌;肖辉;周筠珺;

我国竹林碳汇项目可行性分析    戴景晟;谭三清;陈春希;

冬春季青藏高原北麓河多年冻土活动层中气体CO_2浓度分布特征    赵拥华;赵林;武天云;唐素然;

中国寒区湿地研究进展    谭雅懿;王烜;王育礼;

中国碳源排碳量估算办法研究现状    王雪娜;顾凯平;

微波辐射计在人工影响天气研究中的应用    朱元竞，胡成达，甄进明，赵柏林

遥感大气中汽态水和液态水含量的实验研究    胡成达，朱元竞，杜金林，赵柏林

机载噪声耦合式增益自动补偿微波辐射计    孙鸿雁;赵凯;

浙江省岩溶碳汇估算    王加恩;康占军;梁河;胡艳华;谢少娟;

浙江省灰岩固碳能力初步研究    王加恩;康占军;梁河;胡艳华;谢少娟;

地基微波辐射计对空中目标探测的分析    钱太阳;万国龙;

近15年东亚大气温室气体浓度特征及变化趋势    金巍;曲岩;

瓦里关气相色谱法大气CO_2和CH_4观测数据处理及质量控制    张芳;周凌晞;张晓春;许林;刘立新;姚波;温民;方双喜;温玉璞;

地基微波辐射计探测在黄河上游人工增雨中的应用    王黎俊;孙安平;刘彩红;赵凯;

地基GPS和微波辐射计斜路径水汽对比观测试验方案设计    张京江;楚艳丽;刘红燕;张朝林;李炬;

全球及东亚地区甲烷浓度分布    商林;田文寿;

地基GPS和微波辐射计斜路径水汽对比观测试验方案设计    张京江;楚艳丽;刘红燕;张朝林;李炬;

MP-3000A型地基微波辐射计的误差评定和应用特征分析    韩珏靖;陈飞;张臻;赵云武;

中国土地利用的碳排放效应研究    赖力

辽宁省能源消耗及碳排放规律研究    田徵

大气CO_2、CH_4和CO浓度资料再分析及源汇研究    张芳

南极苔原温室气体通量时空变化规律与产生机理研究    刘雅淑

黄河上游灌区稻田系统氮素气态损失及平衡研究    张惠

典型红壤农田区大气氮沉降通量研究    崔键

镜像综合孔径辐射计阵列排布和图像重构方法研究    易观理

微波地表发射率的卫星遥感反演和模式模拟研究    吴莹

北京市都市农业的可持续性分析与评价    邱化蛟

陆地生态系统温室气体排放观测方法研究、应用及结果比对分析    王迎红

温室气体CFCs、HFCs、SF_6和CF_4的分析方法与应用研究    周圆

林分碳汇计算方法研究与应用    戴景晟

不同水肥措施对设施菜地土壤CO_2和N_2O排放的影响    姜宁宁

基于小波变换的微波辐射计图像处理技术的研究    臧春辉

云和降水影响下AMSU资料一维变分反演的评估及改进    杨寅

北京上甸子大气本底站气相色谱法在线观测CH_4和CO研究    汪巍

基于卫星遥感数据分析中国区域大气CH4垂直柱浓度时空特征    韩英

中国CH_4柱浓度时空分布及排量研究    张国君

基于碳减排的广东省土地利用调控对策研究    余洋

地基微波辐射计资料的质量控制方法及其应用研究    潘旭光

农业废弃物资源化综合利用途径探讨    胡明秀

反刍动物饲养中甲烷气体排放测定技术的研究进展    高志岭;马文奇;

气象卫星遥感探测海面大气温度垂直廓线    李万彪,吴龙涛,张呈祥,余嘉裕

中国西部本底大气中CO的连续测量    周凌晞,汤洁,M.Ernst,D.Worthy

地面风对瓦里关山大气CO_2本底浓度的影响分析    周凌晞,汤洁,温玉璞,张晓春,乜虹

气相色谱法观测本底大气中的甲烷和二氧化碳    周凌怠,汤洁,张晓春,季军,王志邦,ＤｏｕｇｌａｓＷｏｒｔｈｙ,ＭｉｃｈｅｌｅＥｒｎｓｔ,ＮｅｉｌＴｒｉｖｅｔｔ

利用RTTOV7快速辐射传输模式模拟风云二号红外和水汽成像通道辐射率的研究    马刚;邱崇践;黎光清;张凤英;

如何解决规模畜禽场环境污染问题    管妙东

我国西北部沙漠地区大气甲烷浓度的季节变化和长期变化趋势    王明星,刘卫卫,吕国涛,龚晏邦,R.A.Rasmussen,M.A.K.Khalill

北京大气甲烷浓度及其变化    王跃思,王明星,郑循华,龚晏邦,吕国涛,白建辉

北京边界层大气污染物的垂直廓线监测与分析    朱燕舞;刘文清;谢品华;窦科;秦敏;司福祺;

青藏高原大气臭氧垂直廓线的观测分析    郭松,周秀骥

北京边界层大气中HONO和NO_2垂直廓线的测量与分析    朱燕舞;刘文清;方静;谢品华;窦科;秦敏;司福祺;

北京上空气溶胶浓度垂直廓线特征    陈鹏飞;张蔷;权建农;高扬;黄梦宇;赵德龙;孟筠旺;

    

广州地区雷达垂直廓线的生成方法与特征研究    张羽;李怀宇;吴少峰;

应用MOPITT数据分析中国地区CO分布    方圆圆;赵春生;

热红外高光谱反演甲烷垂直廓线初步研究    王红梅