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        風云氣象衛星首幅!中國科學家獲得大氣中氨氣濃度全球分布圖

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        風云氣象衛星首幅!中國科學家獲得大氣中氨氣濃度全球分布圖

        2023年11月22日 15:37 來源:中國新聞網
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          中新網北京11月22日電 (記者 孫自法)記者11月22日從中國科學院大氣物理研究所獲悉,該所碳中和研究中心周敏強副研究員與中國氣象局張興贏研究員等合作,基于最優估計理論研發出一套氨氣濃度的反演算法,成功應用于“風云-3D”氣象衛星的觀測光譜,成功獲得中國風云氣象衛星首幅大氣中氨氣濃度的全球分布圖,并與歐洲紅外大氣探測干涉儀衛星(IASI)的氨氣觀測結果進行比較,結果顯示兩者具有良好的一致性,驗證了風云衛星氨氣觀測資料的可靠性。

        2020年1月“風云-3D”氣象衛星/紅外高光譜大氣探測儀(HIRAS)觀測的全球白天氨氣柱總量濃度分布圖。中國科學院大氣所 供圖

          中國科學家這項通過風云氣象衛星監測全球大氣氨氣污染、助力全球大氣環境遙感研究的重要科研進展,對于未來利用中國衛星發展實現對全球大氣微量化學成分的高精度定量遙感監測具有指導意義,相關成果論文近日在專業學術期刊《大氣科學進展》(Advances in Atmospheric Sciences,AAS)上線發表,并將以封面文章形式刊發于2024年第3期紙版雜志。

        將刊發本項科研成果的《大氣科學進展》2024年第3期封面。中國科學院大氣所 供圖

          論文第一作者周敏強介紹說,氨氣是地球大氣中一種化學性質活潑的微量氣體,它可與酸性氣體快速反應,生成硫酸銨和硝酸銨等二次氣溶膠,是霧霾期間大氣細顆粒物PM2.5的主要污染成分。同時,銨鹽氣溶膠還會通過散射影響太陽輻射,從而破壞地球輻射收支平衡,引起地球氣候變化,因此亟須實現對氨氣的全球監測,然而以往的地基觀測難以滿足,尤其是極地、沙漠、海洋、森林等氨氣數據長期屬于空白狀態。

          氨氣雖然在大氣中含量很少,卻是大氣中最重要的堿性氣體,在地球生物氮循環中扮演重要角色。研究表明,由氨氣帶來及其生成PM2.5造成的全球公共健康損失,估值每年高達數百億美元。

        氨氣是霧霾期間大氣細顆粒物PM2.5主要污染成分的示意圖。中國科學院大氣所 供圖

          論文通訊作者張興贏表示,利用氨氣紅外波段的特征吸收光譜,可以通過遙感的手段進行氨氣濃度探測。隨著紅外高光譜探測技術的發展,歐美相繼發射多顆高光譜紅外觀測衛星,中國“風云3號”系列氣象衛星從D星開始也搭載紅外高光譜大氣探測儀,為中國衛星實現氨氣全球探測提供了可能。

          在本項研究中,研究者基于最優估計理論研發出一套氨氣柱濃度的全物理反演算法,結合“風云-3D”氣象衛星紅外大氣探測干涉儀載荷的響應函數和觀測光譜,通過分析氨氣的紅外吸收特性,成功獲得風云氣象衛星首幅大氣氨氣柱全球分布圖。結果表明,“風云-3D”氣象衛星紅外大氣探測干涉儀可以很好地捕捉全球氨氣高值區,并在反演氨氣時進行臭氧、二氧化碳、水汽、地表溫度等干擾參數的同步反演。

        “風云-3D”氣象衛星太空運行示意圖(左)及其載荷紅外高光譜大氣探測儀(HIRAS)。中國科學院大氣所 供圖

          兩位論文作者指出,這次研究建立的反演算法雖已論證中國風云氣象衛星全球氨氣觀測的能力,但其當前在海洋上和高緯度地區存在反演精度低的問題,這主要是由于在海洋上氨氣的濃度低,傳感器捕捉到的氨氣信號弱;在高緯度地區地表溫度低,熱對比度小,導致光譜噪聲大。

          為此,在未來計劃方面,他們將進一步改進反演算法,引入神經網絡算法彌補現有最優估計算法的不足,提升反演精度并提高海洋和高緯度地區的有效觀測數據。同時,升級后的算法還將拓展應用于中國“風云-3E、3F”等氣象衛星。(完)

        【編輯:李巖】
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