中文摘要：

为满足气候研究需求，大气CO2浓度测量精度必须优于1％。高精度的探测需求，对反演中的误差控制提出了极高要求，然而，影响因素的复杂性和各因素间的相互作用，使得反演精度难以达到。日本温室气体探测卫星GOSAT两年来反演结果始终不能满足精度要求的实际表明，反演技术已成为大气CO2卫星遥感发展的难点。本项目拟从卫星遥感过程考虑大气CO2反演，采用遥感模型进行系统误差控制和利用光谱相关性进行误差校正的综合方式，实现反演精度的提高。在模型系统误差控制上，结合申请者已完成的国家基金项目有关遥感模型建立与应用的成功经验，建立大气CO2遥感模型，进而在模型基础上发展反演方法。在光谱误差校正上，探索地物与大气光谱不同波段上的联系及其对大气CO2反演的校正作用。通过模型与校正的有机结合，摆脱目前反演方法在遥感过程上环节分离引起不同误差源累积、且难以协调与消除的困境，为实现高精度大气CO2反演探索一条新的途径。

结论摘要：

为满足气候研究需要，卫星大气CO2遥感都提出了很高目标，如日本GOSAT为3.8ppm、美国OCO为1ppm，如此高目标，对大气CO2反演方法是一个极大的挑战。在卫星遥感过程中，地表、大气和遥感器都对CO2遥感数据产生影响，这种影响因素的参量通常难以全面、准确把握，所以大气反演基本是病态过程。认识遥感中各环节基本特性，通过模型和算法对参量不足的影响进行克服或削弱，是本项目主要工作。 项目执行过程中，针对遥感过程三个部分即大气辐射、地表反射和遥感器特性开展工作，它们涵盖了整个遥感过程的影响因素，是进行相关反演与校正的基础。大气辐射是通过光谱吸收和散射表现出来的，项目针对性研究了大气CO2吸收谱带分布、谱线特征、与非吸收谱带关系等，分析不同谱带吸收强弱、随CO2变化敏感度、随高度变化敏感度等与对CO2反演较为密切的特性。对于遥感信号中地面反射部分，开展了大量实验和广泛调研，包括地表反射率与地物种类、地表状态、物候变化和太阳辐照条件关系，以及地表双向反射规律等，为反演方法中降低光谱辐射不确定性影响奠定基础。卫星遥感器是大气CO2辐射信号直接展示者，其本身特性直接渗透到遥感数据中。项目以卫星载荷样机为手段，从与遥感数据相关的辐射响应、光谱响应、波长位置等进行较为完整的定标、检测实验与科学分析。在此基础上，项目开展了卫星遥感模拟研究，分析了大气CO2反演参量需求，模拟结果深刻展示了国际卫星如GOSAT和OCO参量设计和对遥感数据要求的深层次原因，也为项目开展CO2反演方法研究奠定了基础。 项目基于对遥感过程重要环节的研究基础，在大气CO2反演方法上取得了重要进展。首先利用大气CO2吸收谱与非吸收谱在遥感过程中的变化特点，构建了针对光谱辐射定量不确定性问题的反演模型与反演方法，解决了遥感环节对光谱辐射量差异性影响而在反演中又难以控制的问题。项目利用大气中的稳定因素如氧气含量，依据同时反演模型中相关影响相近性的原理，校正了大气CO2反演中难以克服的不稳定性因素、降低了系统误差。参考现有反演方法的新成果,利用并改进光传输过程分布概率密度分析手段，进行了大气CO2反演。现有国内外反演方法基本上要求气溶胶光学厚度小于0.3，项目组正致力于将本项目研究成果应用到我国气溶胶高值频发情况下的CO2反演。