專利名稱：大氣臭氧柱總量探測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及衛(wèi)星探測領(lǐng)域，尤其涉及一種大氣臭氧柱總量探測方法。
背景技術(shù)：
衛(wèi)星探測器的定標(biāo)是指確定衛(wèi)星探測信號(模擬信號或數(shù)字信號)與物理量(例如溫度、亮度等)之間的對應(yīng)關(guān)系的過程。一般情況下，在衛(wèi)星發(fā)射前對衛(wèi)星探測器在實驗室進(jìn)行測試，確定用于將衛(wèi)星探測信號轉(zhuǎn)化成物理量的定標(biāo)系數(shù)。遙感衛(wèi)星探測器在軌道運行過程中，經(jīng)常因衛(wèi)星發(fā)射前實驗室確定的定標(biāo)系數(shù)不準(zhǔn)確而導(dǎo)致被探測的物理量發(fā)生偏差。衛(wèi)星運行過程中傳感器的衰減也會導(dǎo)致被探測的物理量產(chǎn)生偏差。在軌定標(biāo)系數(shù)訂正是指對衛(wèi)星在軌道運行過程中定標(biāo)系數(shù)的訂正。現(xiàn)有的在軌定標(biāo)系數(shù)訂正方法有三種 一是依賴衛(wèi)星上定標(biāo)設(shè)備的測量結(jié)果進(jìn)行計算，二是通過地面同步觀測配合衛(wèi)星測量完成在軌定標(biāo)系數(shù)的訂正，三是通過不同衛(wèi)星之間同步比對實現(xiàn)在軌定標(biāo)系數(shù)的訂正。一般情況下，通過上述三種方法可以追蹤衛(wèi)星在軌運行中性能的變化從而實現(xiàn)在軌定標(biāo)系數(shù)的訂正，但是，當(dāng)衛(wèi)星發(fā)射前在實驗室定標(biāo)過程中發(fā)生重大失誤，或者衛(wèi)星在運行過程中性能發(fā)生巨大改變時，利用上述方法進(jìn)行在軌定標(biāo)系數(shù)的訂正會遇到困難。臭氧是對生態(tài)、氣候和環(huán)境有重要影響的大氣微量氣體。1985年Farman等首次發(fā)現(xiàn)了南極臭氧洞，之后在中國的青藏高原以及世界上其他高原地區(qū)又相繼發(fā)現(xiàn)了很多微型的臭氧洞。研究臭氧洞的成因和臭氧變化的機理需要高時空分辨率的臭氧監(jiān)測資料。早在1擬4年，英國物理學(xué)家和氣象學(xué)家G. M. Dobson就發(fā)明了利用直射太陽光測量大氣臭氧含量的紫外光譜儀，即Dobosn儀器，目前國際上很多地基臭氧觀測站仍采用Dobson儀器觀測大氣臭氧總量，臭氧總量的單位也以他的名字命名，即DobSon(簡寫為DU)單位。和地基臭氧觀測儀器相比，衛(wèi)星臭氧探測儀(即搭載在衛(wèi)星上的紫外臭氧探測儀)在時空方面具有明顯的優(yōu)勢，使衛(wèi)星臭氧探測成為監(jiān)測全球臭氧變化的重要手段。利用大氣對太陽紫外線的后向散射反演大氣臭氧總量是由Dave等人在20世紀(jì)60年代提出的，之后美國、 歐洲相繼發(fā)射了十幾個紫外臭氧探測儀，其中最早的是美國的TOMS系列儀器，分別搭載在美國的 NIMBUS-7 (1978-1993)和 Earth Probe (簡稱 EP, 1996-2004)、前蘇聯(lián)的 Meteor 3(1991-1994)衛(wèi)星平臺上。我國于2008年5月27日發(fā)射的“風(fēng)云三號”極軌氣象衛(wèi)星也搭載了我國的第一臺紫外臭氧總量探測儀(Total Ozone Unit，縮寫為T0U)，該儀器與TOMS 儀器具有類似的工作原理。我國的星載紫外臭氧總量探測儀TOU的探測原理和定標(biāo)方法與TOMS儀器是類似的，因此發(fā)射前的實驗室定標(biāo)以及發(fā)射后在軌定標(biāo)方法與TOMS儀器也是相近的。就星載紫外臭氧總量探測儀而言，一般來說，衛(wèi)星發(fā)射后，如果衛(wèi)星狀態(tài)沒有大的變化，均采用發(fā)射前實驗室測定的定標(biāo)系數(shù)進(jìn)行衛(wèi)星探測信號到物理量的轉(zhuǎn)換，當(dāng)衛(wèi)星狀態(tài)發(fā)生變化時，會利用衛(wèi)星上定標(biāo)設(shè)備的觀測值對衛(wèi)星的性能或定標(biāo)系數(shù)隨時間的變化進(jìn)行重新計算，或者也會采用一些替代方法例如不同衛(wèi)星之間輻射量進(jìn)行比較，從而進(jìn)行相互定標(biāo)。通過衛(wèi)星之間相互比對從而實現(xiàn)定標(biāo)只能在衛(wèi)星同步觀測同一區(qū)域進(jìn)行，即進(jìn)行同步測量時才能發(fā)生作用，并且兩個衛(wèi)星觀測點的幾何參數(shù)要完全一致才能夠互相比對。 一般來說，采用星下點比對才能實現(xiàn)，即兩顆衛(wèi)星星下點同時觀測同一地面目標(biāo)。這種定標(biāo)方法在NOAA衛(wèi)星搭載的SBUV/2儀器的定標(biāo)中獲得了成功，被稱為SNO(Simultaneous Nadir Overpass)方法。但是，當(dāng)衛(wèi)星發(fā)射前實驗室定標(biāo)發(fā)生重大錯誤，或者衛(wèi)星進(jìn)入軌道后探測器發(fā)生重大改變時如何對定標(biāo)系數(shù)進(jìn)行校正，這種方法并沒有得到驗證，該方法是直接比較兩個衛(wèi)星的探測量，因此最大的局限性就是兩個衛(wèi)星對同一地區(qū)的觀測必須完全同步才能進(jìn)行。這也是其他類型的衛(wèi)星探測器常用的交叉定標(biāo)技術(shù)。我國風(fēng)云三號衛(wèi)星首次搭載的紫外臭氧總量探測儀與2008年5月發(fā)射升空，在分析數(shù)據(jù)時發(fā)現(xiàn)，反演的大氣臭氧總量與國外同類衛(wèi)星反演的結(jié)果以及地面觀測結(jié)果相比有非常大的偏差，相對偏差甚至大于50%以上，這與儀器的設(shè)計指標(biāo)(相對偏差為10% )有很大的差距。我們首先利用星上設(shè)備進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)星上的定標(biāo)設(shè)備即太陽輻照度觀測結(jié)果也同樣與正常的結(jié)果偏差很大，因此無法使用星上的定標(biāo)設(shè)備進(jìn)行誤差訂正。利用普遍采用的不同衛(wèi)星之間交叉比對，發(fā)現(xiàn)由于條件的苛刻，即要求兩個衛(wèi)星觀測必須完全同步的情況下才能實現(xiàn)，因此可以利用的比對樣本數(shù)目不夠，一般只能在高緯度地區(qū)找到少量滿足要求的樣本，但由于高緯度地區(qū)因太陽天頂角較大，大氣散射的太陽紫外輻射比較弱，無法分析在整個動態(tài)范圍內(nèi)我國衛(wèi)星觀測結(jié)果與國外衛(wèi)星觀測結(jié)果之間存在的統(tǒng)計規(guī)律。初步的結(jié)論是，風(fēng)云三號衛(wèi)星紫外臭氧總量探測儀的實驗室定標(biāo)系數(shù)發(fā)生了重大失誤， 而星上定標(biāo)設(shè)備也失敗了，無法通過常規(guī)的方法解決定標(biāo)系數(shù)的訂正問題。如果無法解決， 意味著衛(wèi)星發(fā)射徹底失敗。因此，必須找到儀器誤差產(chǎn)生的原因，在此基礎(chǔ)上找到訂正方法。由上可見，如何在星載紫外臭氧探測儀發(fā)射前實驗室定標(biāo)發(fā)生重大失誤，或者衛(wèi)星在運行過程中性能發(fā)生巨大改變導(dǎo)致星上定標(biāo)設(shè)備失敗的情況下，比較準(zhǔn)確地測定紫外臭氧總量，是臭氧監(jiān)測領(lǐng)域一個亟待解決的重要問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種大氣臭氧柱總量探測方法，能夠在星載紫外臭氧探測儀發(fā)射前實驗室定標(biāo)發(fā)生重大失誤，或者衛(wèi)星在運行過程中性能發(fā)生巨大改變導(dǎo)致星上定標(biāo)設(shè)備失敗的情況下，比較準(zhǔn)確地測定紫外臭氧總量，是臭氧監(jiān)測領(lǐng)域一個亟待解決的重要問題。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出了一種大氣臭氧柱總量探測方法，包括獲取星載紫外臭氧總量探測儀的輻亮度探測數(shù)據(jù)；根據(jù)臭氧總量基準(zhǔn)數(shù)據(jù)和輻射傳輸方程，逐級確定各個通道的在軌定標(biāo)系數(shù)；從所述輻亮度探測數(shù)據(jù)中提取臭氧光譜信息，根據(jù)所述在軌定標(biāo)系數(shù)對所述臭氧光譜信息進(jìn)行反演，得到大氣臭氧柱總量。進(jìn)一步地，上述方法還可具有以下特點，所述根據(jù)臭氧總量基準(zhǔn)數(shù)據(jù)和輻射傳輸方程，逐級確定各個波段通道的在軌定標(biāo)系數(shù)包括根據(jù)長波通道星下點在晴空海洋的輻亮度探測數(shù)據(jù)和輻射傳輸方程，確定長波通道能量低端星下點方向的在軌定標(biāo)系數(shù)，所述長波通道的中心波長為360nm，寬度為Inm ；根據(jù)所述長波通道除星下點外的各個掃描方向在晴空海洋的輻亮度探測數(shù)據(jù)和輻射傳輸方程，確定所述長波通道除星下點外的各個掃描方向的能量低端的在軌定標(biāo)系數(shù)；根據(jù)長波通道各個掃描方向的能量低端的在軌定標(biāo)系數(shù)和輻射傳輸方程，確定第一短波通道各個掃描方向能量低端的在軌定標(biāo)系數(shù)，所述第一短波通道的中心波長為 322nm,寬度為 Inm ；根據(jù)所述長波通道能量低端的在軌定標(biāo)系數(shù)和第一短波通道能量低端各個掃描方向的在軌定標(biāo)系數(shù)、臭氧總量基準(zhǔn)數(shù)據(jù)和輻射傳輸方程，確定第二短波通道各個掃描方向能量低端的在軌定標(biāo)系數(shù)，所述第二短波通道的中心波長為312nm，寬度為Inm ；根據(jù)所述長波通道能量低端、第一短波通道能量低端以及第二短波通道整個動態(tài)范圍各個掃描方向的在軌定標(biāo)系數(shù)、臭氧總量基準(zhǔn)數(shù)據(jù)和輻射傳輸方程，確定長波通道能量高端，第一短波通道能量高端以及其他通道各個掃描方向的在軌定標(biāo)系數(shù)。進(jìn)一步地，上述方法還可具有以下特點，根據(jù)長波通道星下點在晴空海洋的輻亮度探測數(shù)據(jù)和輻射傳輸方程，確定長波通道能量低端星下點方向的在軌定標(biāo)系數(shù)包括利用輻射傳輸方程計算星下點晴空海洋的紫外后向散射輻亮度I。。m。ted，獲取星載紫外臭氧總量探測儀星下點在晴空海洋的紫外后向散射輻亮度的探測
教據(jù)T·
-Lmeasured，根據(jù)I。。m。ted和I_SUMd，通過第一擬合公式確定擬合系數(shù)Ctl和C1，所述第一擬合公式如下!corrected — C0+Cl ^ !measured擬合系數(shù)Ctl和C1即為在軌定標(biāo)系數(shù)；根據(jù)每個掃描方向長波通道探測的輻亮度數(shù)據(jù)與輻射傳輸方程計算的晴空海洋的后向散射輻亮度數(shù)據(jù)，通過第一擬合公式得到長波通道各個掃描方向在軌定標(biāo)系數(shù)。進(jìn)一步地，上述方法還可具有以下特點，根據(jù)長波通道各個掃描方向的能量低端的在軌定標(biāo)系數(shù)和輻射傳輸方程，確定第一短波通道各個掃描方向能量低端的在軌定標(biāo)系數(shù)包括根據(jù)長波通道各個掃描方向的能量低端的在軌定標(biāo)系數(shù)，計算各個像元對應(yīng)的第一下墊面反射率；根據(jù)所述第一下墊面反射率和輻射傳輸方程得到所述第一短波通道的輻亮度計算數(shù)據(jù)；對所述第一短波通道的輻亮度計算數(shù)據(jù)和所述第一短波通道的輻亮度探測數(shù)據(jù)用第二擬合公式進(jìn)行擬合，所述獲得第一短波通道能量低端各個掃描方向的在軌定標(biāo)系數(shù)，其中，第二擬合公式如下!corrected — C0~^C1 ^ Imeasured~^C2 ^ ^measured ^ ^measured °進(jìn)一步地，上述方法還可具有以下特點，根據(jù)所述長波通道能量低端的在軌定標(biāo)系數(shù)和第一短波通道能量低端各個掃描方向的在軌定標(biāo)系數(shù)、臭氧總量基準(zhǔn)數(shù)據(jù)和輻射傳輸方程，確定第二短波通道各個掃描方向能量低端的在軌定標(biāo)系數(shù)包括根據(jù)所述長波通道能量低端和第一短波通道能量低端各個掃描方向的在軌定標(biāo)系數(shù)、臭氧總量基準(zhǔn)數(shù)據(jù)，用輻射傳輸方程計算得到第二短波通道能量低端的輻亮度計算數(shù)據(jù)；
對所述第二短波通道能量低端的輻亮度計算數(shù)據(jù)和第二短波通道能量低端的輻亮度探測數(shù)據(jù)用第一擬合公式進(jìn)行擬合，獲得所述第二短波通道能量低端各個掃描方向的在軌定標(biāo)系數(shù)；將所述第二短波通道能量低端各個掃描方向的在軌定標(biāo)系數(shù)外推到所述第二短波通道的整個動態(tài)范圍，獲得所述第二短波通道各個掃描方向的整個動態(tài)范圍內(nèi)的在軌定標(biāo)系數(shù)。進(jìn)一步地，上述方法還可具有以下特點，根據(jù)所述長波通道能量低端、第一短波通道能量低端以及第二短波通道整個動態(tài)范圍各個掃描方向的在軌定標(biāo)系數(shù)、臭氧總量基準(zhǔn)數(shù)據(jù)和輻射傳輸方程，確定長波通道能量高端，第一短波通道能量高端以及其他通道各個掃描方向的在軌定標(biāo)系數(shù)根據(jù)所述長波通道能量低端和第一短波通道能量低端以及第二短波通道整個動態(tài)范圍各個掃描方向的在軌定標(biāo)系數(shù)，計算第二下墊面反射率；根據(jù)所述第二下墊面反射率、臭氧總量基準(zhǔn)數(shù)據(jù)，利用輻射傳輸方程，確定長波通道能量高端，第一短波通道能量高端以及除第二短波通道以外的其他通道的輻亮度計算數(shù)據(jù)；對所述長波通道能量高端、第一短波通道能量高端以及其他通道輻亮度計算數(shù)據(jù)和輻亮度探測數(shù)據(jù)用第二擬合公式進(jìn)行擬合，確定長波通道能量高端、第一短波通道能量高端以及除第二短波通道以外的其他通道各個掃描方向的在軌定標(biāo)系數(shù)。本發(fā)明利用其他衛(wèi)星(定標(biāo)效果較好的衛(wèi)星)觀測的臭氧總量數(shù)據(jù)，結(jié)合輻射傳輸方程，逐級對各個通道進(jìn)行定標(biāo)系數(shù)校正，解決了傳統(tǒng)的交叉定標(biāo)方法的局限，能夠在星載紫外臭氧探測儀發(fā)射前實驗室定標(biāo)發(fā)生重大失誤，或者衛(wèi)星在運行過程中性能發(fā)生巨大改變導(dǎo)致星上定標(biāo)設(shè)備失敗的情況下，比較準(zhǔn)確地測定紫外臭氧總量。


具體實施例方式以下對本發(fā)明的原理和特征進(jìn)行描述，所舉實例只用于解釋本發(fā)明，并非用于限定本發(fā)明的范圍。本發(fā)明的大氣臭氧柱總量探測方法包括如下步驟步驟a，獲取星載紫外臭氧總量探測儀的輻亮度探測數(shù)據(jù)；星載紫外臭氧總量探測儀的輻亮度探測數(shù)據(jù)可以從衛(wèi)星探測信號中獲得。步驟b，根據(jù)臭氧總量基準(zhǔn)數(shù)據(jù)和輻射傳輸方程，逐級確定各個波段通道的在軌定標(biāo)系數(shù)；這里，臭氧總量基準(zhǔn)數(shù)據(jù)可以是實驗室定標(biāo)準(zhǔn)確的其他衛(wèi)星的臭氧總量探測數(shù)據(jù)，也可以是地面觀測得到的臭氧總量探測數(shù)據(jù)。步驟c，從步驟a獲取的輻亮度探測數(shù)據(jù)中提取臭氧光譜信息，根據(jù)步驟b確定的在軌定標(biāo)系數(shù)對臭氧光譜信息進(jìn)行反演，得到大氣中臭氧柱總量，簡稱臭氧總量。反演方法是本領(lǐng)域人員的公知常識，此處不再詳述。下面通過實施例，說明本發(fā)明的臭氧總量的測定方法中步驟b的實現(xiàn)過程。
根據(jù)輻亮度基準(zhǔn)數(shù)據(jù)和輻射傳輸方程，逐級確定各個波段通道的在軌定標(biāo)系數(shù)具體可以通過如下步驟實現(xiàn)步驟一，根據(jù)長波通道(中心波長為360nm，寬度為Inm)星下點在晴空海洋的輻亮度探測數(shù)據(jù)和輻射傳輸方程，確定長波通道能量低端的在軌定標(biāo)系數(shù)，也即利用長波通道星下點在晴空海洋測量的結(jié)果，對長波通道動態(tài)范圍的能量低端進(jìn)行訂正；將衛(wèi)星的觀測幾何參數(shù)作為輸入，利用輻射傳輸方程計算長波通道的輻亮度(稱為輻亮度計算數(shù)據(jù))，再與星載紫外臭氧總量探測儀的輻亮度探測數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，即可確定長波通道能量低端的在軌定標(biāo)系數(shù)(也可以稱為輻射值訂正系數(shù))。其中，衛(wèi)星的觀測幾何參數(shù)可以是衛(wèi)星天頂角、衛(wèi)星方位角、太陽天頂角、太陽方位角、經(jīng)緯度等。步驟一可以通過以下具體的子步驟實現(xiàn)步驟11，利用輻射傳輸方程計算星下點晴空海洋的紫外后向散射輻亮度I。。m。ted ；星下點是指衛(wèi)星與地心的連線與地面交叉處對應(yīng)的觀測點。以我國風(fēng)云三號衛(wèi)星搭載的紫外臭氧總量探測儀TOU為例，太陽紫外線中的一部分輻射(波長區(qū)間為 300nm-360nm)在大氣的傳輸過程中經(jīng)大氣中臭氧分子的吸收、氧氣和氮氣的散射以及地球表面的反射后到達(dá)衛(wèi)星高度，這部分紫外輻射也叫紫外后向散射，紫外臭氧總量探測儀TOU 接收了紫外后向散射后，計算被臭氧吸收的紫外輻射所占的比例，從而可以獲得大氣中臭氧總含量。紫外臭氧總量探測儀TOU并不是連續(xù)測量300nm-360nm內(nèi)全部的紫外后向散射， 而是不連續(xù)地測量6個波長位置上寬度很窄的紫外波段內(nèi)的紫外后向散射，這6個波段的寬度大約為Inm(納米)左右，也可以稱這6個波段為6個通道。由于太陽輻射的強度不一樣，每個波段內(nèi)太陽紫外輻射在大氣中傳播后在到衛(wèi)星儀器高度上，其能量的分布也發(fā)生了變化，因此每個通道測量的紫外后向散射能量都具有不同的動態(tài)范圍，一般來說波長越長，該通道的能量范圍越大，將某一通道能量較低的部分稱為能量低端，其余部分稱為能量高端。對于紫外臭氧總量探測儀T0U，能量低端對應(yīng)的模擬信號電壓值范圍大致為0 2V。 由于長波通道臭氧吸收可以忽略，海洋對于紫外通道的反射率很低，在5%左右，因此可以首先確定長波通道能量低端的在軌定標(biāo)系數(shù)。衛(wèi)星接收到的信號一般用計數(shù)值DC表示，如果實驗室定標(biāo)準(zhǔn)確，可以通過實驗室定標(biāo)系數(shù)將計數(shù)值轉(zhuǎn)化成物理量即輻亮度I，輻亮度I與DC通過實驗室定標(biāo)系數(shù)建立如公式(1)的線性關(guān)系I = aXDC+b公式(1)公式(1)中，a、b為實驗室定標(biāo)系數(shù)。紫外臭氧總量探測儀TOU在發(fā)射后，利用實驗室定標(biāo)系數(shù)得到的輻亮度進(jìn)行臭氧總量的反演(即從衛(wèi)星測量的輻亮度中提取臭氧光譜信息，從而計算出大氣臭氧總量)，發(fā)現(xiàn)與其他衛(wèi)星以及地面觀測得到的大氣臭氧總量幾乎完全不一致，因此得到結(jié)論，紫外臭氧總量探測儀TOU發(fā)射前實驗室定標(biāo)系數(shù)存在問題，需要重新進(jìn)行在軌定標(biāo)。紫外臭氧總量探測儀TOU在中心波長為360nm的通道6觀測的紫外后向散射是不受大氣中臭氧的影響的，當(dāng)衛(wèi)星在晴空海洋上進(jìn)行觀測時，衛(wèi)星實際觀測到的紫外后向散射I可以利用輻射傳輸方程計算。輻射傳輸方程如公式( 所示Ι(λ，θ，θ 0, Ω , P0, R) = Ι3(λ，θ，θ0, φ, Ω，Ρ0)+Ι3(λ，θ，θ 0，φ，Ω，Ρ0，R)
公式⑵
公式O)中，各參數(shù)的含義如下I ( λ，θ，θ 0, Ω , P0, R)表示衛(wèi)星觀測到的后向散射輻亮度；Ι3(λ , θ，θ 0, Φ , Ω , P0)表示衛(wèi)星觀測到的后向散射輻亮度中來自大氣的貢獻(xiàn)；Ι3(λ , θ，θ0, Φ, Ω, P0, R)表示衛(wèi)星觀測到的后向散射輻亮度中來自地面的貢獻(xiàn)；λ表示波長，θ表示衛(wèi)星天頂角，θ ^表示太陽天頂角，Φ表示相對方位角，Ω表示臭氧總量，P0表示表面氣壓，R表示表面等效反射率。表面反射貢獻(xiàn)項可以表述公式(3)Is(W0M^R) = 么)公式⑶Τ(λ，θ，θ 0, Ω , P0) = Id(X，θ，θ0，Ω，Ρ0) ·(λ，θ，Ω , P0)公式(4)公式(3)和公式中，Sb表示大氣球反射率，Id表示到達(dá)Ptl處的直射漫射輻射的和，f表示表面方向(即衛(wèi)星觀測方向)反射比。來自大氣的輻射貢獻(xiàn)可表述為公式(5)

權(quán)利要求
1.一種大氣臭氧柱總量探測方法，其特征在于，包括 獲取星載紫外臭氧總量探測儀的輻亮度探測數(shù)據(jù)；根據(jù)臭氧總量基準(zhǔn)數(shù)據(jù)和輻射傳輸方程，逐級確定各個通道的在軌定標(biāo)系數(shù)； 從所述輻亮度探測數(shù)據(jù)中提取臭氧光譜信息，根據(jù)所述在軌定標(biāo)系數(shù)對所述臭氧光譜信息進(jìn)行反演，得到大氣臭氧柱總量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大氣臭氧柱總量探測方法，其特征在于，所述根據(jù)臭氧總量基準(zhǔn)數(shù)據(jù)和輻射傳輸方程，逐級確定各個波段通道的在軌定標(biāo)系數(shù)包括根據(jù)長波通道星下點在晴空海洋的輻亮度探測數(shù)據(jù)和輻射傳輸方程，確定長波通道能量低端星下點方向的在軌定標(biāo)系數(shù)，所述長波通道的中心波長為360nm，寬度為1 nm ；根據(jù)所述長波通道除星下點外的各個掃描方向在晴空海洋的輻亮度探測數(shù)據(jù)和輻射傳輸方程，確定所述長波通道除星下點外的各個掃描方向的能量低端的在軌定標(biāo)系數(shù)；根據(jù)長波通道各個掃描方向的能量低端的在軌定標(biāo)系數(shù)和輻射傳輸方程，確定第一短波通道各個掃描方向能量低端的在軌定標(biāo)系數(shù)，所述第一短波通道的中心波長為322nm，寬度為1 nm ；根據(jù)所述長波通道能量低端的在軌定標(biāo)系數(shù)和第一短波通道能量低端各個掃描方向的在軌定標(biāo)系數(shù)、臭氧總量基準(zhǔn)數(shù)據(jù)和輻射傳輸方程，確定第二短波通道各個掃描方向能量低端的在軌定標(biāo)系數(shù)，所述第二短波通道的中心波長為312nm，寬度為1 nm ；根據(jù)所述長波通道能量低端、第一短波通道能量低端以及第二短波通道整個動態(tài)范圍各個掃描方向的在軌定標(biāo)系數(shù)、臭氧總量基準(zhǔn)數(shù)據(jù)和輻射傳輸方程，確定長波通道能量高端，第一短波通道能量高端以及其他通道各個掃描方向的在軌定標(biāo)系數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的大氣臭氧柱總量探測方法，其特征在于，根據(jù)長波通道星下點在晴空海洋的輻亮度探測數(shù)據(jù)和輻射傳輸方程，確定長波通道能量低端星下點方向的在軌定標(biāo)系數(shù)包括利用輻射傳輸方程計算星下點晴空海洋的紫外后向散射輻亮度I。。m。ted ；獲取星載紫外臭氧總量探測儀星下點在晴空海洋的紫外后向散射輻亮度的探測數(shù)據(jù)Imeasured 根據(jù)I。。m。ted和I_sured，通過第一擬合公式確定擬合系數(shù)Ctl和C1,所述第一擬合公式如下
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的大氣臭氧柱總量探測方法，其特征在于，根據(jù)長波通道各個掃描方向的能量低端的在軌定標(biāo)系數(shù)和輻射傳輸方程，確定第一短波通道各個掃描方向能量低端的在軌定標(biāo)系數(shù)包括根據(jù)長波通道各個掃描方向的能量低端的在軌定標(biāo)系數(shù)，計算各個像元對應(yīng)的第一下墊面反射率；根據(jù)所述第一下墊面反射率和輻射傳輸方程得到所述第一短波通道的輻亮度計算數(shù)據(jù)；對所述第一短波通道的輻亮度計算數(shù)據(jù)和所述第一短波通道的輻亮度探測數(shù)據(jù)用第二擬合公式進(jìn)行擬合，所述獲得第一短波通道能量低端各個掃描方向的在軌定標(biāo)系數(shù)，其中，第二擬合公式如下
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的大氣臭氧柱總量探測方法，其特征在于，根據(jù)所述長波通道能量低端的在軌定標(biāo)系數(shù)和第一短波通道能量低端各個掃描方向的在軌定標(biāo)系數(shù)、臭氧總量基準(zhǔn)數(shù)據(jù)和輻射傳輸方程，確定第二短波通道各個掃描方向能量低端的在軌定標(biāo)系數(shù)包括根據(jù)所述長波通道能量低端和第一短波通道能量低端各個掃描方向的在軌定標(biāo)系數(shù)、 臭氧總量基準(zhǔn)數(shù)據(jù)，用輻射傳輸方程計算得到第二短波通道能量低端的輻亮度計算數(shù)據(jù)；對所述第二短波通道能量低端的輻亮度計算數(shù)據(jù)和第二短波通道能量低端的輻亮度探測數(shù)據(jù)用第一擬合公式進(jìn)行擬合，獲得所述第二短波通道能量低端各個掃描方向的在軌定標(biāo)系數(shù)；將所述第二短波通道能量低端各個掃描方向的在軌定標(biāo)系數(shù)外推到所述第二短波通道的整個動態(tài)范圍，獲得所述第二短波通道各個掃描方向的整個動態(tài)范圍內(nèi)的在軌定標(biāo)系數(shù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的大氣臭氧柱總量探測方法，其特征在于，根據(jù)所述長波通道能量低端、第一短波通道能量低端以及第二短波通道整個動態(tài)范圍各個掃描方向的在軌定標(biāo)系數(shù)、臭氧總量基準(zhǔn)數(shù)據(jù)和輻射傳輸方程，確定長波通道能量高端，第一短波通道能量高端以及其他通道各個掃描方向的在軌定標(biāo)系數(shù)根據(jù)所述長波通道能量低端和第一短波通道能量低端以及第二短波通道整個動態(tài)范圍各個掃描方向的在軌定標(biāo)系數(shù)，計算第二下墊面反射率；根據(jù)所述第二下墊面反射率、臭氧總量基準(zhǔn)數(shù)據(jù)，利用輻射傳輸方程，確定長波通道能量高端，第一短波通道能量高端以及除第二短波通道以外的其他通道的輻亮度計算數(shù)據(jù)；對所述長波通道能量高端、第一短波通道能量高端以及其他通道輻亮度計算數(shù)據(jù)和輻亮度探測數(shù)據(jù)用第二擬合公式進(jìn)行擬合，確定長波通道能量高端、第一短波通道能量高端以及除第二短波通道以外的其他通道各個掃描方向的在軌定標(biāo)系數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種大氣臭氧柱總量探測方法,包括:獲取星載紫外臭氧總量探測儀的輻亮度探測數(shù)據(jù)；根據(jù)臭氧總量基準(zhǔn)數(shù)據(jù)和輻射傳輸方程，逐級確定各個通道的在軌定標(biāo)系數(shù);從所述輻亮度探測數(shù)據(jù)中提取臭氧光譜信息，根據(jù)所述在軌定標(biāo)系數(shù)對所述臭氧光譜信息進(jìn)行反演,得到大氣臭氧柱總量。本發(fā)明利用定標(biāo)效果較好的衛(wèi)星觀測的臭氧總量數(shù)據(jù)，結(jié)合輻射傳輸方程，逐級對各個通道進(jìn)行定標(biāo)系數(shù)校正，解決了傳統(tǒng)的交叉定標(biāo)方法的局限，能夠在星載紫外臭氧探測儀發(fā)射前實驗室定標(biāo)發(fā)生重大失誤，或者衛(wèi)星在運行過程中性能發(fā)生巨大改變導(dǎo)致星上定標(biāo)設(shè)備失敗的情況下，比較準(zhǔn)確地測定紫外臭氧總量。
文檔編號G01S7/497GK102519879SQ20111040035
公開日2012年6月27日 申請日期2011年12月5日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月5日
發(fā)明者王維和 申請人:國家衛(wèi)星氣象中心