Qian Yuanyuan, Si Fuqi, Luo Yuhan, et al. Retrieval of antarctic total ozone column from EMI[J]. Journal of Atmospheric and Environmental Optics, 2021,16(3): 215-222.

錢園園，司福祺，羅宇涵，等. EMI南極臭氧柱總量反演研究[J].大氣與環(huán)境光學(xué)學(xué)報(bào), 2021,16(3): 215-222.

      臭氧是地球上一種極其重要的痕量氣體，它與人類健康、環(huán)境和氣候變化密不可分。自臭氧空洞被發(fā)現(xiàn)以來，對(duì)臭氧柱總量的監(jiān)測(cè)（尤其是南極臭氧柱總量的監(jiān)測(cè)），仍然是星載探測(cè)器的任務(wù)之一。與地基觀測(cè)相比，星載觀測(cè)具有高時(shí)空分辨率的優(yōu)勢(shì)，利用星載觀測(cè)來監(jiān)測(cè)臭氧柱總量已成為臭氧觀測(cè)的一種重要手段。

      中國科學(xué)院安徽光機(jī)所利用差分光學(xué)吸收光譜技術(shù)(DOAS)，對(duì)我國首個(gè)星載大氣痕量氣體差分吸收光譜儀(EMI)返回的觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行模擬，獲得了EMI的臭氧柱總量。將EMI的臭氧柱總量結(jié)果和國外同類型載荷TROPOMI、OMI對(duì)比，相關(guān)性系數(shù)R2均大于0.97，結(jié)果表明EMI反演的臭氧柱總量產(chǎn)品可靠性高。此外，EMI的觀測(cè)結(jié)果與南極長城站地基天頂散射光差分吸收光譜儀的結(jié)果一致，同時(shí)監(jiān)測(cè)到了2018年10月與11月南極長城站上空臭氧空洞的出現(xiàn)。

一、反演方法

      本文采用了兩步式DOAS算法對(duì)臭氧進(jìn)行反演，即先通過DOAS方法獲得斜柱濃度，然后通過SCIATRAN輻射傳輸模型設(shè)置觀測(cè)幾何等參數(shù)節(jié)點(diǎn)來建立大氣質(zhì)量因子(AMF)的查找表，再根據(jù)EMI的觀測(cè)幾何數(shù)據(jù)來插值得到AMF，進(jìn)而得到臭氧的垂直柱濃度，即臭氧柱總量。

二、反演結(jié)果

      利用DOAS算法反演了2018年11月2日EMI南極區(qū)域的臭氧柱總量，結(jié)果如下圖所示，EMI、TROPOMI和OMI結(jié)果如圖(a)、(c)、(e)所示。EMI結(jié)果與OMI、TROPOMI結(jié)果一致，均觀測(cè)到南極中高緯度的臭氧高值區(qū)域與南極內(nèi)陸的臭氧低值區(qū)域，且EMI觀測(cè)到的臭氧空洞區(qū)域(小于220 Dobson Unit(DU))也與TROPOMI、OMI一致。部分區(qū)域有30 DU的偏差，這是由于EMI與OMI、TROPOMI使用的輻射傳輸模型參數(shù)(地表反照率、先驗(yàn)廓線、氣溶膠信息等)不同，并且EMI反演臭氧柱總量時(shí)未考慮云的影響。

三、工作總結(jié)與展望

      基于DOAS算法反演了EMI的臭氧柱總量，與國外同類型衛(wèi)星載荷TROPOMI、OMI的結(jié)果相比，EMI的臭氧柱總量可靠性較高，但EMI的臭氧柱總量反演算法仍需進(jìn)一步完善，云、氣溶膠、先驗(yàn)廓線的處理是今后研究的重點(diǎn)方向，另外在全球范圍對(duì)EMI臭氧柱總量進(jìn)行校驗(yàn)也是接下來的工作之一。

課題組介紹

      中國科學(xué)院安徽光機(jī)所成像光譜技術(shù)研究室以大氣環(huán)境立體監(jiān)測(cè)需求為導(dǎo)向，以紫外可見吸收光譜學(xué)、成像電子學(xué)等為技術(shù)基礎(chǔ)，開展基于紫外可見光譜大氣成分光學(xué)遙感技術(shù)研究。發(fā)展了被動(dòng)差分吸收光譜技術(shù)與地基、機(jī)載、星載大氣成分協(xié)同監(jiān)測(cè)技術(shù)，研發(fā)了地基一維、二維多軸差分吸收光譜儀，機(jī)載成像差分吸收光譜儀，星載成像差分吸收光譜儀等設(shè)備。在國內(nèi)率先開展成像差分吸收光譜技術(shù)研究，研發(fā)了我國首臺(tái)大氣痕量氣體測(cè)量載荷。