ABSTRACT Tropospheric ozone plays an important role in atmospheric processes. However, the acquisition of tropospheric ozone content from satellite observations is a crucial challenge for atmospheric pollution research. In this study, the 0.25° × 0.25° tropospheric ozone column products over China were determined from total ozone columns measured by the Ozone Monitoring Instrument (OMI) and ozone profiler of the Microwave Limb Sounder (MLS). Calculation results were then validated with similar satellite products, Electrochemical Concentration Cell (ECC) ozonesonde observations, and simulation results from the Regional Atmospheric Modelling System – Community Multiscale Air Quality Model (RAMS-CMAQ). Validations shows that OMI-MLS calculation results correlate well with ozonesonde data, the correlation coefficient reached to 0.92. Compared to RAMS-CMAQ, OMI-MLS presents consistent distribution and the correlation coefficients range from 0.52 to 0.82.

臭氧是十分重要的痕量气体，它具有活跃的化学反应特性和较强的辐射特性，直接影响全球气候变化和人类的生活环境，因此，获得准确的臭氧柱浓度信息十分重要。搭载在AURA上的OMI探测仪可以测量大气中的臭氧含量，其获得的臭氧产品有两种，一个是基于TOMS V8算法反演得到的OMI-TOMS产品，另一个是由DOAS算法得到的OMI-DOAS产品。本文首先分析了两种算法产品的统计特征，结果表明两者具有较好的一致性；其次，分别分析了两种算法与像元位置的关系，在不受行异常现象影响的像元处，两种算法均不受像元位置的影响；此外，本文还研究了云和太阳天顶角对两种算法的影响，有云时两者的差异更大，云量在70%时两者的差异最大，而且，当有云存在时，两者的偏差随着太阳天顶角的增加而增加。平流层SO2和吸收性气溶胶对两种算法没有显著影响。

本文利用全球地基二氧化碳柱浓度观测站点(Total Carbon Column Observing Network,TCCON) 18个站点CO2地基观测数据对GOSAT(Greenhouse gases Observing Satellite)2009-2017年的大气CO2遥感反演产品进行验证分析,结果显示卫星CO2遥感产品与地基遥感观测结果较为一致,在东亚、北美、欧洲和大洋洲四个区域内卫星遥感产品与地基观测的平均偏差分别为2.23±2.69、2.19±2.19、2.01±2.49、1.59±1.79 ppm,相关系数不低于0.75.卫星在30°S～60°N范围内的产品精度较高,而在高纬地区产品精度稍低.本文进一步利用GOSAT L2 XCO2遥感反演产品对全球大气CO2的长时间序列变化进行了分析,结果表明2009-2017年全球大气CO2浓度呈持续上升趋势,全球年平均增长率为2.22 ppm· a-1,增长较快的国家和地区包括中国、美国、印度和非洲,受与厄尔尼诺有关的自然排放影响,2016年相对上一年的增长量最多,年均CO2绝对增量在3 ppm以上.

卫星高光谱大气CO2遥感探测对全球气候变化研究意义重大,卫星CO2反演产品的地基观测验证是获得产品精度评价、发现算法可适用范围和局限性的重要环节,因此地基高光谱CO2的观测验证研究对提高卫星产品定量精度至关重要.本文综述了当前国际上大气CO2探测卫星的研制进展,短波红外大气CO2的反演方法进展,重点阐述了地基高光谱CO2探测技术进展及其对卫星大气CO2的定量探测精度验证方法和技术研究进展,并对该研究领域未来的发展提出展望.