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專利名稱:一種加快溫室氣體垂直柱濃度反演速度的方法

文章來源: 发布时间: 2019-11-26

專利名稱:一種加快溫室氣體垂直柱濃度反演速度的方法 

申 请 号 

CN201410033504.3 

申 请 日 

2014.01.22 

公開(公告)號 

CN103743679B 

公開(公告)日 

2017.03.01 

申請(專利權)人 

168棋牌

发 明 人 

孫友文;謝品華;徐晉;劉誠;劉文清;劉建國;周海金;方武;李昂

專利類型 

發明專利

摘 要 

本發明公開了一種加快溫室氣體垂直柱濃度反演速度的方法。通過加快光譜建模速度和垂直柱濃度連續計算速度兩種途徑來加快溫室氣體垂直柱濃度的反演速度。在光譜建模過程中,通過忽略一些弱幹擾因素的影響和離散化輻射傳輸方程來加快建模速度;在溫室氣體垂直柱濃度連續反演過程中,采用查表方法加快溫室氣體垂直柱濃度的計算速度:先模擬出所有可能場景的太陽歸一化輻亮度和權重函數,統計出當所有光譜都采用一個特定場景的模擬值進行反演擬合時的修正因子,並制作成一個修正表,後續數據處理時,所有場景的測量光譜都可采用這一特定場景的模擬值進行擬合,只需將擬合結果乘以表格中相應的修正因子即可,而不再需要對所有場景的測量光譜建模。

主權項 

種加快溫室氣體垂直柱濃度反演速度的方法,所述反演速度的加快是指針對某一特定的數據處理系統,通過優化溫室氣體垂直柱濃度反演方法和過程來加快反演速度,而不是通過升級數據處理系統版本來加快反演速度,其特征在于:該方法通過加快光譜建模速度和垂直柱濃度連續計算速度兩種方法來加快溫室氣體垂直柱濃度的反演速度;第一步,在測量光譜建模過程中采用以下方法來加快模型計算速度,具體實施如下:(1)使用直射太陽光譜來反演溫室氣體的垂直柱濃度:太陽光彙聚系統安裝在太陽跟蹤系統上,太陽入射光經過太陽光彙聚系統彙聚後由光信號傳輸系統傳輸至光譜探測系統,光譜探測系統實現光信號采集和模/數轉換,之後再送入光譜存儲及解析系統,獲得直射太陽光譜;(2)忽略地面反照率、分子散射次數、大氣熱輻射過程、較弱幹擾氣體的吸收幹擾因素的影響;(3)通過對吸收截面的波長坐標進行指數變換,用波長變換間隔內的透過率加權和值代替平均透過率;(4)用簡化的高斯線型儀器函數代替光譜儀複雜的實際儀器函數;第二步,在溫室氣體垂直柱濃度連續反演過程中,采用查表方法加快溫室氣體垂直柱濃度的計算速度,具體實施如下:采用查表方法不需要對每一條測量光譜進行在線輻射傳輸模擬,能在較短的觀測時間內處理完龐大的觀測數據,具體實施方法爲:先根據不同太陽天頂角、地面高度、地面反照率、氣溶膠類型及水汽濃度模擬出所有場景下的太陽歸一化光譜常量和權重函數,統計出當所有光譜都采用一個場景的模擬值進行溫室氣體垂直柱濃度擬合時的修正因子,並制作成一個修正表,後續數據處理時,所有角度的測量光譜都可采用這一場景的模擬值進行擬合,只需將擬合結果乘以表格中相應的修正因子即可,而不再需要對所有場景的測量光譜建模,這一特定場景的模擬值稱爲參考光譜,可以通過大氣輻射傳輸模型SCIATRAN計算得到,計算過程中僅考慮分子單次散射的影響;利用地基光譜儀記錄的直射太陽光譜而不是地基、機載或星載光譜儀記錄的散射光譜來反演溫室氣體的垂直柱濃度;在采用輻射傳輸模擬軟件SCIATRAN對所述直射太陽光譜建模時,忽略地面反照率、分子散射次數、大氣熱輻射過程、較弱幹擾氣體的吸收幹擾因素的影響,這些因素對溫室氣體垂直柱濃度反演結果影響很小但對光譜建模速度具有一定影響;在采用輻射傳輸模擬軟件SCIATRAN對所述直射太陽光譜建模時,通過對吸收截面的波長坐標進行指數變換,用波長變換間隔內的透過率加權和值代替平均透過率,能增大積分步長且不影響積分效果;在采用輻射傳輸模擬軟件SCIATRAN對所述直射太陽光譜建模時,用簡化的高斯線型儀器函數代替光譜儀複雜的實際儀器函數;在采用輻射傳輸模擬軟件SCIATRAN對所述直射太陽光譜建模時,通過對由測量光譜觀測參數建立的輻射傳輸方程進行離散化,同時按照一定規則,用離散的平行平面大氣代替連續大氣,對大氣層進行分層,減少待求解輻射方程組的數目;溫室氣體垂直柱濃度的連續反演過程中,先模擬出所有可能場景的太陽歸一化輻亮度和權重函數,統計出當所有光譜都采用一個特定場景的模擬值進行反演擬合時的修正因子,並制作成一個修正表,後續數據處理時,所有場景的測量光譜都可采用這一特定場景的模擬值進行擬合,只需將擬合結果乘以表格中相應的修正因子即可,而不再需要對所有場景的測量光譜建模;所述的加快溫室氣體垂直柱濃度反演速度的方法,在測量光譜建模過程中采用以下方法加快模型計算速度:(1)使用直射太陽光譜而不是地基、機載或星載光譜儀記錄的散射光譜來反演溫室氣體的垂直柱濃度;(2)忽略地面反照率、分子散射次數、大氣熱輻射過程、較弱幹擾氣體的吸收幹擾因素的影響;(3)通過對吸收截面的波長坐標進行指數變換,用波長變換間隔內的透過率加權和值代替平均透過率;(4)用簡化的高斯線型儀器函數代替光譜儀複雜的實際儀器函數;(5)通過對由測量光譜觀測參數建立的輻射傳輸方程進行離散化,同時按照一定規則,用離散的平行平面大氣代替連續大氣,對大氣層進行分層,減少待求解輻射方程組的數目;所述的加快溫室氣體垂直柱濃度反演速度的方法,在溫室氣體垂直柱濃度連續反演過程中,采用查表方法加快溫室氣體垂直柱濃度的計算速度:先模擬出所有可能場景的太陽歸一化輻亮度和權重函數,統計出當所有光譜都采用一個特定場景的模擬值進行反演擬合時的修正因子,並制作成一個修正表,後續數據處理時,所有場景的測量光譜都可采用這一特定場景的模擬值進行擬合,只需將擬合結果乘以表格中相應的修正因子即可,而不再需要對所有場景的測量光譜建模,通過加快測量光譜建模速度和加快溫室氣體垂直柱濃度計算速度的方法能加快溫室氣體垂直柱濃度的反演速度;其中,吸收截面波長坐標指數變換的思想是,在足夠小的波長間隔Δλ內,用間隔內的透過率加權和值代替平均透過率,如果Δλ足夠小,以至于給定吸收體的吸收截面是唯一改變該波段範圍內光學參數的物理量,這樣,平均透過率僅與特定截面值發生的頻率有關,而與吸收截面的精確波長相關度無關,因此,波長坐標可以等價地轉換爲概率坐標。

IPC信息 

IPC主分類號 

G01N21/25(2006.01)I 

IPC分類號 

G01N21/25(2006.01)I 

G 物理

 G01 測量;測試

  G01N 借助于測定材料的化學或物理性質來測試或分析材料

    G01N21/00 利用光學手段,即利用紅外光、可見光或紫外光來測試或分析材料

G01N21/17 入射光根據所測試的材料性質而改變的系統

G01N21/25 顔色;光譜性質,即比較材料對兩個或多個不同波長或波段的光的影響

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