[发明专利]一种提高短波红外卫星二氧化碳反演速度的方法

权利要求书

1.一种提高短波红外卫星二氧化碳反演速度的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、利用来自大气模式模拟的二氧化碳先验廓线数据，计算地理网格化的二氧化碳先验协方差矩阵；

S2、将所述二氧化碳先验廓线数据输入到辐射传输模型的正向模型中，计算得到大气整层透过率初始值，基于逐层强制干扰的方法用正向模型计算每层廓线二氧化碳浓度的权重函数，构成权重函数矩阵；

S3、第一次迭代时，从先验廓线数据中挑选二氧化碳先验值输入所述正向模型，设定迭代步长因子的初始值，若非第一次迭代，则用上次迭代中的步长因子值，读入卫星二氧化碳通道实际观测值，利用最优化迭代模型计算本次迭代二氧化碳的浓度值，并将所述二氧化碳浓度值输入所述正向模型，计算卫星观测模拟值；

所述最优化迭代模型为：

Xi+1=Xi+α[Sa-1+KiT·Se-1·Ki]-1*{KiT·Se-1[Y-F(X)]-Sa-1[Xi-Xa]}]]>

其中，α为迭代步长因子；X为二氧化碳浓度值；Sa表示先验协方差矩阵；Se观测误差协方差矩阵；X_a表示初始猜值；i表示第i次迭代；K_i是权重函数；F表示正向模型；Y表示卫星二氧化碳通道实际观测值。F(X)表示正向计算卫星观测模拟值；

S4、利用步骤S3所述卫星观测模拟值，计算代价函数值；若所述代价函数值在误差阈值以内，则反演结束，步骤S3所述二氧化碳浓度值即为反演结果；否则继续迭代；第一次迭代时，比较用所述卫星观测模拟值计算得到的代价函数值和用所述二氧化碳初始值计算得到的代价函数值；若非第一次迭代，则比较本次和上次迭代后计算得到的代价函数值；若本次迭代后计算的代价函数值相对减小，则本次迭代结束；继续迭代时，迭代步长因子值减半，返回步骤S3；

所述逐层强制干扰的方法是：向二氧化碳廓线的第一层浓度数据数增加一定比例的变量，然后将其输入到所述辐射传输模型，再次正向计算大气整层透过率更新值，结合所述大气整层透过率更新值和所述大气整层透过率初始值，得到第一层二氧化碳浓度的权重函数；依次向二氧化碳廓线中其他层的浓度增加变量，计算得到廓线中每层二氧化碳浓度的权重函数；

所述大气整层透过率的初始值为：

τv=exp(-∫0Zkvρdz)]]>

其中，k是二氧化碳分子的为吸收系数，ρ是二氧化碳的浓度，z是大气高度；

所述代价函数为所述卫星观测模拟值与所述卫星二氧化碳通道实际观测值之间的马式距离，即：

J(X)=(Y-F(X))T·Se-1·(Y-F(X))+(Xa-X)T·Sa-1·(Xa-X)]]>

其中，X为二氧化碳浓度值；Sa表示先验协方差矩阵；Se观测误差协方差矩阵；X_a表示初始猜值；i表示第i次迭代；Y表示卫星二氧化碳通道实际观测值。F(X)表示正向计算卫星观测模拟值；

所述卫星二氧化碳通道实际观测值为GOSAT卫星TANSO-FTS Band2的L1b辐亮度数据。