大气Ring效应差分截面的计算

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1、第30卷，第8期光谱学与光谱分析Vo1．30，No．8，pp2137—21402010年8月SpectroscopyandSpectralAnalysisAugust，2010大气Ring效应差分截面的计算韩冬一，陈良富，苏林，陶金花。李莘莘’，余超。，王子峰。1．中国科学院遥感应用研究所，遥感科学国家重点实验室，北京1001012．青岛大学教育技术系，山东青岛2660003．中国科学院研究生院，北京1000494．中国科学院大气物理研究所北京100029摘要基于差分吸收光谱算法，使用卫星数据反演大气NOz和SOz等痕量气体柱浓度的时候，Ring效应是影响反演结果精

2、度的一个重要因素。Ring效应是指：受太阳表面大气消光效应影响，产生称之为夫琅禾费线的暗线结构，而由于太阳光在地球大气中传输引起非弹性散射，导致观测到的夫琅禾费线变短，这个结果可以近似地认为是对夫琅禾费线的填充。研究表明，大气中的N。和分子的转动拉曼散射是导致Ring效应的主要原因。利用星载传感器0MI／AURA测量的太阳光谱和和oz分子的转动拉曼散射截面卷积，除以原始太阳光谱，再经过差分计算，可以获得Ring效应的差分截面，以用来反演痕量气体的浓度。计算的结果与利用辐射传输方程得到的结果比较，相关系数R2达到了0．9663，表明二者基本是一致的。关键词Ring效应

3、；转动拉曼散射；卷积；痕量气体；反演；IX)AS中图分类号：0433．1文献标识码：ADOI：10．3964／j．issn．1000—0593(2010)08—2137—04禾费线变短，这个结果可以近似地认为是对夫琅禾费线的填引言充。1962年Grainger和Ring发表论文阐述了这种效应，故称之为Ring效应。基于使用太阳光源的地球反射光谱，可以利用差分吸收实际上1958年前苏联天文学家Shefov首先观测到太阳光谱算法(differentialopticalabsorptionspectroscopy，散射光中的夫琅禾费线相对于直射光中的夫琅禾费线变短的IX)

4、AS)Iu从卫星探测的信号中解析痕量气体的浓度。1995现象。此后，开展了一系列研究探讨形成这种效应的原因：年，(globalozonemonitoringexperiment，COME)载荷搭载气溶胶产生的荧光，转动拉曼散射(rotationalRamanscatter—在第2颗欧洲遥感卫星ERS-2发射升空，使得人类第一次获ing，RRS)，地表反射，瑞利一布里渊散射与转动拉曼散射共得了全球尺度对流层03，NOz，SOz等痕量气体柱浓度分布同作用等，都被认为是Ring效应产生的原因_9]。最近的研究数据。随后类似的传感器如(scanningimagingabso

5、rption者比较一敛的认为，大气中的Nz和0分子产生的转动拉曼spectrometerforatmosphericchartography，SCIAMACHY)，散射是产生Ring效应的根本原因l9。。。(ozonemonitoringinstrument，OMI)和G()ME2相继发射升无论是地基l】4l还是星载设备_1]，使用DOAS反演痕量空，并采用IX)AS算法利用卫星数据实现了区域和全球尺度气体的时候，都会把Ring效应当作伪吸收的过程参与运算。的痕量气体浓度分布监测l2。Ring伪吸收截面，即Ring光谱的计算就成为IX)AS计算中使用IX)AS方法反

6、演大气痕量气体的柱浓度，Ring效关键的内容。由于的浓度远远高于N()2和的浓度，应是影响反演结果的一个重要因素。Ring效应足指受太阳因此()。的DOAS反演不需要考虑Ring效应。表面大气中钾、钙等成分的消光效应影响，到达大气顶的太计算Ring光谱最简单的方法是1994年FishEj提出的。阳光谱中含有多条称为夫琅禾费线的暗线结构，l『I=『由于太阳他假设在紫外一可见光波段，转动拉曼散射的光是非结构化光在地球大气中传输会引起非弹性散射，导致观测到的夫琅的，闲此可以直接使用差分入射参考光谱的相反数作为Ring收稿日期：2009—08—18。修订日期：2009—11

7、-22基金项目：国家(863计划)重大项目(2006AA06A303)和中国科学院知识创新工程重大项目(kzcxl—yw-06—01)资助作者简介：韩冬，1974年生，中国科学院遥感应用研究所在读博士研究生e-mail：handong74@gmail．corn*通讯联系人e-mail：lfchen@irsa．ac．cn2138光谱学与光谱分析第30卷光谱。但这个非结构化假设并不完全成立。征提取。1987年Solomnt”假设瑞利散射是极化的，而转动拉曼经过上面的处理，(1)式可变为散射是非极化的，通过一个极化过滤器测量光谱的平行和垂log[Io()／，()]一>