中文摘要：

本项目针对超光谱红外卫星资料，旨在建立能同步反演大气廓线（温度廓线、水汽廓线）和地表参数（地表温度、地表发射率）的新方法。该方法把大气和地面作为一个整体系统来考虑，把地表发射率加入到反演中，使得大气廓线和地表参数能同时反演，并且提高大气廓线反演精度（尤其是边界层温度和水汽），避免了以往反演中因忽略地表发射率的影响而导致大气廓线和地表温度反演精度降低的缺点。项目以超光谱大气红外探测器（AIRS）为例进行研究，首先通过辐射传输方程的线性化计算大气温度廓线、水汽廓线、地表温度和地表发射率的权重函数，以经验正交函数构建大气廓线和地表发射率，建立物理反演模式，然后以统计回归解作为初始猜值，通过牛顿迭代得到最优化解，并且在反演中引入偏差原则来加速收敛迭代。最后通过地基实验测量来验证反演结果的准确性。本项目研究对于数值天气预报和我国未来超光谱红外卫星应用是十分有意义的。

结论摘要：

针对超光谱红外卫星资料，本项目研究建立能同步反演大气廓线（温度廓线、水汽廓线）和地表参数（地表温度、地表发射率）的新方法。该方法把大气和地面作为一个整体系统来考虑，把地表发射率加入到反演中，使得大气廓线和地表参数能同时反演，并且提高大气廓线反演精度（尤其是边界层温度和水汽），避免了以往反演中因忽略地表发射率的影响而导致大气廓线和地表温度反演精度降低的缺点。本项目以超光谱大气红外探测器（AIRS）为例进行研究。通过对AIRS 图像预处理研究，以信息容量为指标,设计利用“逐次吸收法”进行通道选择的计算方案，进行反演通道最优化选择。针对以海洋和沙漠地区，通过大气参数和地表参数测量收集，最优化构建大气廓线和地表发射率经验正交函数。通过辐射传输方程的线性化得到大气温度廓线、水汽廓线、地表温度和地表发射率的权重函数，通过建立同步物理反演方法，利用最优化原则求解大气温度廓线、水汽廓线、地表温度和地表发射率。特别研究了最优化-正则化法在地表参数反演中的应用。最后根据选取典型地区同步反演大气廓线和地表参数，并根据地基实际测量比对验证。结果表明把地表发射率加入到反演中，大气温度廓线，水汽廓线的反演精度有较大提高，尤其是在边界层上尤为明显。本项目研究对于数值天气预报和我国未来超光谱红外卫星应用是十分有意义的。本项目通过三年的研究，实现了用物理反演法基于超光谱红外卫星资料AIRS同步求解大气温度廓线、水汽廓线、地表温度和地表发射率的反演软件一套。在国内外发表论文14篇，其中SCI收录6篇，EI收录4篇.