[發(fā)明專利]一種提高短波紅外衛(wèi)星二氧化碳反演速度的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410168723.2
• 申請日: 2014-04-24
• 公開（公告）號: CN103955607B
• 公開（公告）日: 2017-11-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鄒銘敏;陳良富;陶金花;張瑩;范萌;蘇林
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院遙感與數(shù)字地球研究所
• 主分類號: G06F19/00
• 分類號: G06F19/00
• 代理公司: 北京東方匯眾知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙)11296
• 代理人: 張淑賢,朱元萍

1.一種提高短波紅外衛(wèi)星二氧化碳反演速度的方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1、利用來自大氣模式模擬的二氧化碳先驗(yàn)廓線數(shù)據(jù)，計(jì)算地理網(wǎng)格化的二氧化碳先驗(yàn)協(xié)方差矩陣；

S2、將所述二氧化碳先驗(yàn)廓線數(shù)據(jù)輸入到輻射傳輸模型的正向模型中，計(jì)算得到大氣整層透過率初始值，基于逐層強(qiáng)制干擾的方法用正向模型計(jì)算每層廓線二氧化碳濃度的權(quán)重函數(shù)，構(gòu)成權(quán)重函數(shù)矩陣；

S3、第一次迭代時(shí)，從先驗(yàn)廓線數(shù)據(jù)中挑選二氧化碳先驗(yàn)值輸入所述正向模型，設(shè)定迭代步長因子的初始值，若非第一次迭代，則用上次迭代中的步長因子值，讀入衛(wèi)星二氧化碳通道實(shí)際觀測值，利用最優(yōu)化迭代模型計(jì)算本次迭代二氧化碳的濃度值，并將所述二氧化碳濃度值輸入所述正向模型，計(jì)算衛(wèi)星觀測模擬值；

所述最優(yōu)化迭代模型為：

Xi+1=Xi+α[Sa-1+KiT·Se-1·Ki]-1*{KiT·Se-1[Y-F(X)]-Sa-1[Xi-Xa]}]]>

其中，α為迭代步長因子；X為二氧化碳濃度值；Sa表示先驗(yàn)協(xié)方差矩陣；Se觀測誤差協(xié)方差矩陣；X_a表示初始猜值；i表示第i次迭代；K_i是權(quán)重函數(shù)；F表示正向模型；Y表示衛(wèi)星二氧化碳通道實(shí)際觀測值。F(X)表示正向計(jì)算衛(wèi)星觀測模擬值；

S4、利用步驟S3所述衛(wèi)星觀測模擬值，計(jì)算代價(jià)函數(shù)值；若所述代價(jià)函數(shù)值在誤差閾值以內(nèi)，則反演結(jié)束，步驟S3所述二氧化碳濃度值即為反演結(jié)果；否則繼續(xù)迭代；第一次迭代時(shí)，比較用所述衛(wèi)星觀測模擬值計(jì)算得到的代價(jià)函數(shù)值和用所述二氧化碳初始值計(jì)算得到的代價(jià)函數(shù)值；若非第一次迭代，則比較本次和上次迭代后計(jì)算得到的代價(jià)函數(shù)值；若本次迭代后計(jì)算的代價(jià)函數(shù)值相對減小，則本次迭代結(jié)束；繼續(xù)迭代時(shí)，迭代步長因子值減半，返回步驟S3；

所述逐層強(qiáng)制干擾的方法是：向二氧化碳廓線的第一層濃度數(shù)據(jù)數(shù)增加一定比例的變量，然后將其輸入到所述輻射傳輸模型，再次正向計(jì)算大氣整層透過率更新值，結(jié)合所述大氣整層透過率更新值和所述大氣整層透過率初始值，得到第一層二氧化碳濃度的權(quán)重函數(shù)；依次向二氧化碳廓線中其他層的濃度增加變量，計(jì)算得到廓線中每層二氧化碳濃度的權(quán)重函數(shù)；

所述大氣整層透過率的初始值為：

τv=exp(-∫0Zkvρdz)]]>

其中，k是二氧化碳分子的為吸收系數(shù)，ρ是二氧化碳的濃度，z是大氣高度；

所述代價(jià)函數(shù)為所述衛(wèi)星觀測模擬值與所述衛(wèi)星二氧化碳通道實(shí)際觀測值之間的馬式距離，即：

J(X)=(Y-F(X))T·Se-1·(Y-F(X))+(Xa-X)T·Sa-1·(Xa-X)]]>

其中，X為二氧化碳濃度值；Sa表示先驗(yàn)協(xié)方差矩陣；Se觀測誤差協(xié)方差矩陣；X_a表示初始猜值；i表示第i次迭代；Y表示衛(wèi)星二氧化碳通道實(shí)際觀測值。F(X)表示正向計(jì)算衛(wèi)星觀測模擬值；

所述衛(wèi)星二氧化碳通道實(shí)際觀測值為GOSAT衛(wèi)星TANSO-FTS Band2的L1b輻亮度數(shù)據(jù)。