卫星遥感中国区域大气CO2柱浓度时空特征与不确定性分析

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1、密级:博士学位论文卫星遥感中国区域大气CO2柱浓度时空特征与不确定性分析作者姓名：别念指导教师:雷莉萍研究员中国科学院遥感与数字地球研究所学位类别:理学博士学科专业:地图学与地理信息系统研究所:中国科学院遥感与数字地球研究所2018年6月Spatio-temporalPatternsandUncertaintyAnalysisofSatelliteRetrievedAtmosphericCO2ColumnsinChinaADissertationSubmittedtoTheUniversityofChineseAcademyofSciencesInpartialfulfillmentoft

2、herequirementForthedegreeofDoctorofPhilosophyInCartographyandGeographicalInformationSystemsByBieNianSupervisor:ProfessorLipingLeiInstituteofRemoteSensingandDigitalEarth，ChineseAcademyofSciencesJune,2018II中国科学院大学研究生学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文是本人在导师的指导下独立进行研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已

3、经发表或撰写过的研究成果。对论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确方式标明或致谢。作者签名：日期：中国科学院大学学位论文授权使用声明本人完全了解并同意遵守中国科学院有关保存和使用学位论文的规定，即中国科学院有权保留送交学位论文的副本，允许该论文被查阅，可以按照学术研究公开原则和保护知识产权的原则公布该论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存、汇编本学位论文。涉密及延迟公开的学位论文在解密或延迟期后适用本声明。作者签名：导师签名：日期：日期：摘要摘要CO2是大气中最重要的温室气体，自工业革命以来大气CO2浓度逐年增高，极大影响着全球气候变化。卫星观测

4、大气CO2柱浓度（XCO2）数据覆盖的地理范围广泛，为研究大气CO2含量变化提供了有力的数据支撑。然而，卫星遥感观测CO2存在以下两个主要问题：（1）卫星反演XCO2的精度受到地表状况、观测大气条件等影响，导致数据的不确定性情况复杂，因而全球范围内卫星观测XCO2的时空特征具有很大的不确定性，尤其是中国区域；（2）目前存在多种卫星反演算法得到的XCO2产品，却不存在一个系统的评价方法分析算法产品的表现。针对这两个问题，在中国这个特殊区域，主要从以下两个方面展开：（1）搜集高分辨率格网排放数据（CHRED）调整模型的人为排放CO2通量数据，应用大气化学传输模型GEOS-Chem，特别是其中的

5、高空间分辨率部分——GEOS-Chem亚洲区域嵌套模型，更精细地进行XCO2的模型模拟；（2）建立一个系统的评价方法，该评价方法充分考虑大气CO2本身的特性和时空特征，通过算法产品之间、模型模拟数据集与算法产品的相互比较，以此分析各个算法XCO2产品的表现。研究具体内容如下：获取了中国区域高时空分辨率CO2浓度数据集，并借助这套数据，对中国区域卫星反演XCO2数据进行空间不确定性评估。在此基础上，选择卫星反演数据异常区域，进一步借助获取的模型模拟CO2浓度数据集，对5种GOSAT反演算法（ACOS、NIES、OCFP、SRFP和EMMA）的XCO2数据产品展开时空不确定性分析，通过算法产品

6、之间、模型模拟数据集与算法产品的相互比较，评价了各个算法产品的区域整体表现，并获取了区域卫星反演XCO2的区域误差特征。此外，针对影响反演精度的两个重要因子——气溶胶光学厚度和地表反照率，展开讨论，分析XCO2不确定性的时空特征与两个因子的关系及各算法的反演机理的内在联系。研究结果表明：（1）长时间序列下卫星反演XCO2平均水平在中国华北的高值合理地反映了CO2浓度与人为排放的正相关关系，而东北的低值则反映了CO2浓度与强植被吸收的负相关关系；在西北显示的高值很有可能是该荒漠地带I卫星遥感中国区域大气CO2柱浓度时空特征与不确定性分析的高气溶胶和高地表反照率导致卫星反演误差较大所造成的异常

7、现象；（2）在典型研究区域，5种算法的卫星反演XCO2数据在东部人为排放量大的区域的一致性比西部高亮度地表的沙漠更好；（3）ACOS、NIES、OCFP、SRFP和EMMA5种算法产品中，在中国区域ACOS与SRFP表现最好；（4）在气溶胶光学厚度和地表反照率均处于较高水平时，卫星反演XCO2不确定性会随着二者之一或者二者的同时增加而变大。创新点如下：1、更精细的模拟了中国区域大气CO2浓度的时空变化。使用经环保部基于点