基于大气矢量辐射传输的近红外遥感用雅克比矩阵计算  

Jacobian matrix for near-infrared remote sensing based on vector radiative transfer model

作　　者：白文广[1] 张鹏[1] 张文建[1] 李俊[1] 马刚[1] 漆成莉[1] 刘辉[1] Bai W;Zhang P;Zhang W;Li J;Ma G;Qi C;Liu H

机构地区：[1]国家卫星气象中心,北京100081

出　　处：《中国科学：地球科学》2020年第9期1289-1301,共13页Scientia Sinica(Terrae)

基　　金：国家重点研发计划项目(编号:2018YFB0504900、2018YFB0504905);国家自然科学基金项目(批准号:41975034);公益性行业(气象)科研专项项目(编号:GYHY201506002、GYHY201506022)资助。

摘　　要：考虑到地表反射和大气粒子散射的偏振影响,基于近红外卫星观测的高精度大气参数反演需要精确的大气矢量辐射传输模拟.而国内面向遥感用途的辐射传输计算研究较少,反演算法多依赖于国外模型.文章基于物理累加原理,构建了基于近似无限小薄层大气透射、反射以及太阳散射累加计算的近红外波段矢量辐射传输计算模型.该模型在单层分子瑞利散射、单层气溶胶散射、多层瑞利散射以及真实大气多层分子吸收、瑞利散射以及气溶胶散射共存典型场景下与国际矢量模型基准值有非常好的一致性,计算精度可以达到千分之几量级.为满足实际遥感应用需求,进一步基于该模型累加计算过程,发展了基于微分法的主要大气、地表参数雅克比矩阵解析计算方法,并与精确的扰动计算结果进行了对比验证.结果显示:该解析法计算得到的二氧化碳浓度雅克比矩阵精度可以达到千分之几量级,气溶胶光学厚度雅克比矩阵计算精度优于1.0×10−3%.该方法地表反照率雅克比矩阵计算简单,计算精度优于2.03×10−4%,满足实际观测数据反演精度需求.文章构建的自主辐射传输计算模型,有望用于国内外近红外高光谱温室气体仪器数据模拟和反演.

关 键 词：气溶胶散射 矢量辐射传输 雅克比矩阵计算 

分 类 号：P407[天文地球—大气科学及气象学]