[發明專利]應用于碳衛星的太陽誘導葉綠素熒光反演算法

在審

• 申請號: 202110262901.8
• 申請日: 2021-03-11
• 公開（公告）號: CN113281274A
• 公開（公告）日: 2021-08-20
• 發明（設計）人: 姚璐;劉毅;楊東旭
• 申請（專利權）人: 中國科學院大氣物理研究所
• 主分類號: G01N21/31
• 分類號: G01N21/31;G01N21/64
• 代理公司: 北京華際知識產權代理有限公司 11676
• 代理人: 葉宇

1.應用于碳衛星的太陽誘導葉綠素熒光反演算法，基于碳衛星實現，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1、獲取中國碳衛星星下點模式下觀測的O₂-A波段輻射光譜并進行光譜質量控制；

步驟2、獲取太陽透過率光譜及太陽入射輻照度光譜；

步驟3、針對以上兩種光譜分別獲取波數在13172～13187cm^-1和12981～12994cm^-1兩個波段窗口內的光譜曲線，建立各波數位置處的對應關系；

步驟4、根據步驟3中提取的觀測光譜結構計算該波段范圍內的光譜連續輻射水平，一般為波段范圍內兩端各10個波數對應輻射值的平均值；

步驟5、根據氣象場輔助數據建立大氣狀態，獲取O²吸收光學厚度；

步驟6、建立反演前向模型，考慮高頻部分大氣吸收作用的影響，設置反演狀態向量包括相對SIF信號、多項式的擬合系數、地表氣壓對O₂吸收影響因子和光譜漂移；

步驟7、利用最優估計方法通過高斯牛頓迭代擬合13172～13187cm^-1和12981～12994cm^-1兩個波段窗口內的模擬光譜和觀測光譜，獲得兩個波段窗口的SIF值。

2.根據權利要求1所述的應用于碳衛星的太陽誘導葉綠素熒光反演算法，其特征在于：步驟2至7具體的處理方法具體如下：

根據比爾瑯勃定律，大氣頂衛星觀測到的地表反射輻射能量可以近似地表示為：

其中，是入射的太陽輻射，μ為太陽高度角余弦，是大氣程輻射反照率，為地表反照率，和分別是總的大氣下行和上行方向的透過率，為大氣頂的SIF值。

3.根據權利要求2所述的應用于碳衛星的太陽誘導葉綠素熒光反演算法，其特征在于：由于大氣散射和地表反射過程不會改變光譜吸收線的深度，因此可以通過一個低階多項式表示這部分光譜信號,其中是由低階多項式的系數a_i組成的向量；而地表發射過程將會導致吸收線深度的變化，這是一個高頻信號，因此公式(1)可表示為

4.根據權利要求3所述的應用于碳衛星的太陽誘導葉綠素熒光反演算法，其特征在于：對公式兩端提取觀測的連續輻射水平并取對數，這一數學變換過程可將公式(2)進行轉化，獲得如下公式：

公式(3)即為反演算法中采用的簡單物理模型，其中SIF^rel為相對于連續輻射水平的相對SIF值，是擬合多項式系數b_i組成的向量，為太陽圓盤積分透過率，是卷積運算符號，將高分辨率的太陽入射光譜和轉換為與儀器觀測相同的光譜分辨率。

5.根據權利要求4所述的應用于碳衛星的太陽誘導葉綠素熒光反演算法，其特征在于：根據公式(3)，利用已知的太陽透過率光譜和輻照度光譜，結合衛星觀測光譜，通過最優估計方法逐步迭代擬合窄波段窗口內的光譜，從而獲得相對SIF信號和多項式的擬合系數，同時通過在計算中同步反演了地表氣壓等對O₂吸收的影響因子和光譜漂移，以此降低光譜中地球大氣O₂吸收線翼區對SIF反演結果的影響。