评估气溶胶散射对CO2遥感探测精度影响的方法及系统与流程

技术特征：

1.一种评估气溶胶散射对CO₂遥感探测精度影响的方法，包括：

分别建立气溶胶粒子散射参数库、气溶胶模式数据集、CO₂参数库和正向辐射传输计算模型；

根据所述气溶胶粒子散射参数库、所述气溶胶模式数据集、所述CO₂参数库和所述正向辐射传输计算模型，确定所述待估算地区的气溶胶散射对CO₂遥感探测精度的误差；

其中，建立所述气溶胶粒子散射参数库的过程包括：

基于气溶胶粒子的透射电子显微镜分析结果，根据所述气溶胶粒子的形态结构和组成成分，将待估算地区的气溶胶粒子类型分成球形单粒子、非球形单体粒子和团簇粒子三种类型，利用米散射方法、T矩阵方法和广义多粒子米散射方法分别计算所述球形单粒子、所述非球形单体粒子和所述团簇粒子的散射特性参数，并基于所述散射特性参数建立所述待估算地区的气溶胶粒子散射参数库；

建立所述气溶胶模式数据集的过程包括：

通过获取GOCART气溶胶组分模式数据、AERONET气溶胶粒子谱分布地基观测数据、CALIPSO气溶胶廓线数据、MODIS气溶胶光学厚度和MODIS地表反照率数据，建立气溶胶模式数据集，并计算所述气溶胶模式数据集在所述待估算地区和预设时间段内的均值分布，作为所述正向辐射传输计算模型的输入参数；

建立所述CO₂参数库的过程包括：

通过获取GOSAT CO₂柱浓度数据和Carbon Tracker CO₂廓线数据，建立所述CO₂参数库，并计算所述CO₂参数库在所述待估算地区和预设时间段内的均值分布；

建立所述正向辐射传输计算模型的过程包括：

通过耦合离散坐标辐射传输模型和逐线积分模型，建立正向辐射传输计算模型。

2.如权利要求1所述的评估气溶胶散射对CO₂遥感探测精度影响的方法， 其中，

所述散射特性参数包括散射相函数、单次散射反照率、消光截面、散射截面、吸收截面和不对称因子。

3.如权利要求2所述的评估气溶胶散射对CO₂遥感探测精度影响的方法，其中，

所述球形单粒子包括均质球形单粒子和非均质球形单粒子；

所述非球形单粒子包括均质非球形单粒子和非均质非球形单粒子。

4.如权利要求3所述的评估气溶胶散射对CO₂遥感探测精度影响的方法，其中，

利用所述米散射方法计算所述均质球形单粒子的散射相函数、单次散射反照率、消光截面、散射截面、吸收截面和不对称因子；

利用所述米散射方法和等效介质理论，计算所述非均质球形单粒子的散射相函数、单次散射反照率、消光截面、散射截面、吸收截面和不对称因子；

利用所述T矩阵方法计算所述均质非球形单粒子的散射相函数、单次散射反照率、消光截面、散射截面、吸收截面和不对称因子；

利用所述T矩阵方法和所述等效介质理论，计算所述非均质非球形单粒子的散射相函数、单次散射反照率、消光截面、散射截面、吸收截面和不对称因子；

利用所述广义多粒子米散射方法与扩散限制凝聚模型，计算所述团簇粒子的散射相函数、单次散射反照率、消光截面、散射截面、吸收截面和不对称因子。

5.如权利要求1所述的评估气溶胶散射对CO₂遥感探测精度影响的方法，其中，在通过耦合离散坐标辐射传输模型和逐线积分模型，建立正向辐射传输计算模型的过程中，

将美国高分辨率大气光谱数据集作为所述逐线积分模型的分子光谱输入数据，计算光谱分辨率不小于0.2cm^-1的垂直分层的气体光学厚度，其中，在大气的各个高度上采用Voigt线型计算大气分子吸收系数；

将所述气体光学厚度耦合进所述离散坐标辐射传输模型，建立所述正向辐射传输计算模型。

6.如权利要求1所述的评估气溶胶散射对CO₂遥感探测精度影响的方法，其中，在计算所述气溶胶模式数据集在所述待估算地区和预设预设时间段段内的均值分布的过程中，

计算GOCART气溶胶组分模式数据中每种组分气溶胶在预设第一波长处光学厚度在预设时间段内的均值，然后根据每种组分气溶胶对总光学厚度的贡献进行从大到小的降序排列，取所述降序排列中前四种气溶胶组分构成气溶胶模式，并分别计算所述气溶胶模式中的四种气溶胶组分对总光学厚度的贡献百分比；

计算CALIPSO气溶胶廓线数据在预设时间段内的均值，并进行重采样分层，将分层后的气溶胶光学厚度进行归一化处理，获得分层后的气溶胶光学厚度贡献比；

计算AERONET气溶胶粒子谱分布地基观测数据在预设时间段内的均值，并获取归一化后的AERONET气溶胶粒子的数谱分布；

计算MODIS在预设第一波长处气溶胶光学厚度在预设时间段内的均值，所述MODIS气溶胶光学厚度的数据缺失部分由所述GOCART气溶胶组分模式数据中的气溶胶光学厚度代替；以及

计算MODIS地表反照率数据在预设时间段内的均值。

7.如权利要求6所述的评估气溶胶散射对CO₂遥感探测精度影响的方法，其中，在根据所述气溶胶粒子散射参数库、所述气溶胶模式数据集、所述CO₂参数库和所述正向辐射传输计算模型，确定所述待估算地区的气溶胶散射对CO₂遥感探测精度的误差的过程中，

S7.1：通过如下公式计算预设第二波长处每种气溶胶组分的相对衰减系数：

${\mathrm{\α}}_{ext}\left(\mathrm{\λ}\right)=\frac{{\mathrm{\β}}_{ext}(\mathrm{\λ},0,N=1)}{{\mathrm{\β}}_{ext}(0.55,0,N=1)};$

其中，N为单位体积空气中每种气溶胶组分的粒子总数，λ为波长，β_ext(λ,0,N＝1)为N＝1时的消光系数，α_ext(λ)为每种气溶胶组分的相对衰减系数；

S7.2：将所述相对衰减系数乘以所述第一波长处气溶胶光学厚度的均值，获得所述第二波长处气溶胶光学厚度的均值；

S7.3：基于所述气溶胶粒子散射参数库、所述气溶胶模式数据集、所述CO₂参数库在待估算地区和预设时间段内的均值分布和所述第二波长处气溶胶光学厚度的均值，利用所述正向辐射传输计算模型计算大气顶层观测辐亮度y，以及在无气溶胶存在、所述正向辐射传输计算模型的其他参数均相同、不改变CO₂浓度的情况下，计算大气顶层观测辐亮度y0，并通过如下公式计算辐亮度变化给CO₂浓度反演引入的误差：

δX＝(A^TA)^-1A^TδY；

其中，A为雅可比矩阵，δY＝y0–y为观测辐亮度变化量，δX为CO₂浓度变化量。

8.如权利要求1所述的评估气溶胶散射对CO₂遥感探测精度影响的方法，其中，所述气溶胶粒子的透射电子显微镜分析结果包括气溶胶粒子的形态结构图、组分信息和粒子谱分布数据。

9.一种评估气溶胶散射对CO₂遥感探测精度影响的系统，包括：

气溶胶粒子散射参数库构建单元，用于建立气溶胶粒子散射参数库；其中，基于气溶胶粒子的透射电子显微镜分析结果，根据所述气溶胶粒子的形态结构和组成成分，将待估算地区的气溶胶粒子类型分成球形单粒子、非球形单体粒子和团簇粒子三种类型，利用米散射方法、T矩阵方法和广义多粒子米散射方法分别计算所述球形单粒子、所述非球形单体粒子和所述团簇粒子的散射特性参数，并基于所述散射特性参数建立所述待估算地区的气溶胶粒子散射参数库；

气溶胶模式数据集构建单元，用于建立气溶胶模式数据集；其中，通过获取GOCART气溶胶组分模式数据、AERONET气溶胶粒子谱分布地基观测数据、CALIPSO气溶胶廓线数据、MODIS气溶胶光学厚度和MODIS地表反照率数据，建立气溶胶模式数据集，并计算所述气溶胶模式数据集在所述待 估算地区和预设时间段内的均值分布；

CO₂参数库建立单元，用于建立CO₂参数库；其中，通过获取GOSAT CO₂柱浓度数据和Carbon Tracker CO₂廓线数据，建立所述CO₂参数库，并计算所述CO₂参数库在所述待估算地区和预设时间段内的均值分布；

正向辐射传输计算模型构建单元，用于通过耦合离散坐标辐射传输模型和逐线积分模型，建立正向辐射传输计算模型；

误差影响评估单元，用于根据所述气溶胶粒子散射参数库、所述气溶胶模式数据集、所述CO₂参数库和所述正向辐射传输计算模型，确定所述待估算地区的气溶胶散射对CO₂遥感探测精度的误差。