[發明專利]一種水汽廓線的反演方法以及裝置

在審

• 申請號: 201610125491.1
• 申請日: 2016-03-04
• 公開（公告）號: CN105784624A
• 公開（公告）日: 2016-07-20
• 發明（設計）人: 馬鵬飛;王橋;厲青;王中挺;毛慧琴;周春艷;張麗娟;張玉環;陳輝;陳翠紅
• 申請（專利權）人: 環境保護部衛星環境應用中心
• 主分類號: G01N21/3504
• 分類號: G01N21/3504;G01S17/88;G01S7/48
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司 11002
• 代理人: 李相雨

技術領域

本發明涉及衛星遙感數據的水汽廓線反演領域，具體地，涉及 一種水汽廓線的反演方法以及裝置。

背景技術

水汽是地球大氣中一種非常重要的微量氣體，其分布在時間和空 間尺度上變化較大。水汽在全球輻射平衡和大氣能量傳輸機制以及光 化學過程中起著重要作用，它在整個長波范圍內能夠吸收和發射輻 射，使其成為大氣中一種調節地球氣候系統的重要溫室氣體。分布于 對流層上層的水汽含量較少，根據模式研究顯示，平流層的水汽同樣 在地球輻射平衡中起著重要作用，既吸收太陽短波輻射，又向外發射 長波輻射，是控制能量平衡的一個重要因子，進而影響氣候系統。除 此之外，水汽在平流層通過提供奇數氫破壞臭氧；通過一些微物理過 程等間接影響輻射平衡，例如，參與形成極地平流層云；對氣溶膠粒 子的大小、形狀以及化學組分產生影響，從而間接改變云和氣溶膠的 輻射強迫。因此，需要監測水汽的垂直分布及其時空分布，以減少我 們在定量描述水汽對天氣及氣候系統的反饋作用的不確定性。

目前，利用紅外高光譜衛星數據反演水汽廓線的方法主要有：

1、物理反演法

通過構建目標函數和選擇尋優策略，經過多次迭代后，使代價函 數最小的同時逐步逼近真值。該方法在確定一個目標函數后，用先驗 條件把解約束在一定范圍內，然后用牛頓迭代逐步逼近真解的最大似 然估計。迭代公式如下：

Xn+1=X0+(Sx-1+KnTSϵ-1Kn)-1KnTSϵ-1[(Y-Yn)-Kn(X0-Xn)],]]>

其中，X_n+1是反演得到的水汽廓線，X_n為前一次迭代得到的反演 結果，K是Y對X的一階導數矩陣，也就是雅各比矩陣,X₀為初始廓線， S_x是先驗誤差協方差矩陣，S_ε是觀測協方差矩陣，Y為衛星觀測值， Y_n為模擬輻射值。

2、神經網絡法

人工神經網絡是由大量處理單元互聯組成的非線性、自適應信息 處理系統。系統通過對多個樣本的學習，獲取樣本的知識并將其分布 存貯于網絡中，從而無限逼近高度復雜的非線性關系。該方法不依賴 于輻射傳輸模型，具有高效計算和容錯的特征。

現有方法的缺點：