基于我国首颗甚高光谱分辨率环境卫星的大气污染物遥感研究取得重大进展

中国科学技术大学地球和空间科学学院刘诚教授课题组在高分五号卫星关键载荷—大气痕量气体监测仪器（EMI）的大气污染物遥感研究中取得重要进展。该项研究通过光学超净室样品测量标定、光谱分析、辐射传输模拟等综合评估了EMI载荷在轨反演大气中痕量污染气体NO2的精度和准确度，最后得出重要结论：EMI载荷具有高精度探测全球大气痕量气体分布的能力。结果发表在地学遥感类国际顶级期刊IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing上。本项目受到了国家高分对地观测项目、科技部重点专项、自然科学基金、中科院重点专项等项目的资助。

高分五号卫星是国家高分重大科技专项中搭载载荷最多、光谱分辨率最高、研制难度最大的卫星。其中卫星首次搭载的EMI载荷作为我国首个同类仪器，将填补我国污染气体遥感监测的空白，提升我国大气环境遥感监测的定量化和精细化水平。同时，这将有力推动我国大气环境监测及重污染天气应对水平的提高，为我国环境污染防治等工作提供重要科技支撑和空间信息服务。高分五号预计于2018年上半年发射。其中我院刘诚教授课题组将继续深入开展基于EMI载荷主要污染物（O3、NO2、SO2、HCHO、CHOCHO以及气溶胶等）的对流层柱浓度和垂直分布反演算法的研究。

该项研究中，研究人员利用大气散射光透过NO2吸收样品池，使用EMI载荷实时测量响应光谱，见图1。通过光谱学分析的方法，反演获取样品池内NO2气体浓度，并和实际充入样气浓度作对比分析。对比结果表明，EMI载荷遥感反演NO2具有很好的准确度，误差小于3%。

图1、EMI载荷实验室标定装置图

为了评估仪器在轨性能，同时验证相关反演算法的可行性，该研究还利用了辐射传输方程模拟了高分五号卫星观测几何下的载荷观测辐亮度。通过对模拟卫星几何下和地面观测几何下的辐亮度数据，以及地面实验实测光谱数据的信噪比分析，评估了反演算法针对在轨实测的性能。

图2、（a）散射光测量DOAS拟合分析得到的residual （b）辐射传输模拟地面和典型卫星观测几何下的光强波长分布（c）利用文中验证的光子噪声分布特性，评估了EMI载荷紫外和可见通道在中国几个不同纬度城市观测信噪比（d）基于两种方法的载荷信噪比估计

来源：中国科学技术大学地球和空间科学学院