中国碳源汇监测卫星反演CO_2柱浓度高光谱分辨率吸收截面查找表的建立

【摘要】本文主要为中国碳源汇监测卫星（Tansat）建立高分辨率高精度的吸收截面查找表。在计算过程中，考虑了谱线混合(LineMixing)以及碰撞诱导吸收(CollisionInducedAbsorption)效应对反演波段的CO2以及O2吸收造成的影响。其中，CH4采用传统Voigt线型计算，对于H2O在Voigt线型计算基础上考虑水汽连续吸收效应，CO2在Voigt线型基础上考虑LineMixing(LM)效应的影响，O2-A在传统Voigt线型基础上考虑LM以及CollisionInducedAbsorption(CIA)效应。计算证明，忽略LM效应主要造成吸收支峰值区域吸收的低估以及波谷和翼部区域的高估。LM效应对CO2吸收的相对影响基本在2%左右，而在中间波谷区以及R支的右侧翼区甚至超过4%，LM效应在翼部区域影响较大。LM主要使吸收谱线分布变窄并向吸收带中心移动。考虑LM效应后，总体来说谱线峰值变高、翼部区域变小。O2的LM效应影响与CO2类似，CIA效应为LM基础上的一个平滑修订。O2的LM及CIA效应在左侧翼部区域最大，达到75%，并且可以显著订正13167cm-1附近的结构性反演光谱拟合残差。同时，本文分析了吸收截面随气压和压强的变化。吸收谱线中心处吸收随压强增大而增大，翼部的吸收随压强增大而减小。吸收谱线不仅强度随温度而改变，其谱线分布形状也受温度的影响：温度越低，P支及R支越向吸收带的中心靠拢。分别计算不同温度、气压、波数对应的吸收截面，要求插值误差在0.1%以内，确定各参数合适的间隔，建立三维吸收截面查找表。研究确定温度间隔为8K，气压间隔为15hPa，O2波数间隔为0.001cm-1，H2O、CH4、CO2为0.002cm-2。最终建立查找表的温度范围为174k-334K，气压范围为10-8-1025.00hPa，三个波段的波数范围为4780-4920cm-1、6130-6300cm-1、12830-13220cm-1。在插值计算过程中，气压差值及波数插值均采用线性插值，温度插值采用三维样条插值。经过验证，此查找表的插值误差满足反演所需的精度要求。文章最后分析了HITRAN12相较于HITRAN08的一些变化。结果表明：HITRAN12数据中，O2与CO2总线强相对变化不大，而H2O和CH4的总线强和谱线条数变化都比较大。
【作者】王婧；
【导师】张华；刘毅；
【作者基本信息】中国气象科学研究院，大气物理学与大气环境，2014，硕士
【关键词】LineMixing；CIA；吸收截面查找表；

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