中國科學(xué)院大氣物理研究所副研究員周敏強(qiáng)和中國氣象局研究員張興贏合作，基于最優(yōu)估計理論研發(fā)了一套氨氣濃度的反演算法，并應(yīng)用于風(fēng)云三號D星的觀測光譜，獲得了風(fēng)云氣象衛(wèi)星首幅大氣中氨氣濃度的全球分布圖；同時，與歐洲紅外大氣探測干涉儀衛(wèi)星（IASI）的氨氣觀測結(jié)果進(jìn)行比較，論證了風(fēng)云衛(wèi)星氨氣觀測資料的可靠性。這一研究對于未來利用國產(chǎn)衛(wèi)星發(fā)展實現(xiàn)對全球大氣環(huán)境的遙感監(jiān)測具有指導(dǎo)意義。近期，相關(guān)研究成果作為封面文章，發(fā)表在《大氣科學(xué)進(jìn)展》（Advances in Atmospheric Sciences）上。

該工作基于最優(yōu)估計理論研發(fā)了一套NH3柱濃度的全物理反演算法。研究結(jié)合紅外高光譜大氣探測儀（HIRAS）載荷的儀器響應(yīng)函數(shù)和觀測光譜，通過分析氨氣的紅外吸收特性，選擇960-970 cm?1作為反演窗口。研究采用哥白尼大氣化學(xué)模式結(jié)果作為初始值，在反演氨氣時進(jìn)行臭氧、二氧化碳、水汽、地表溫度等干擾參數(shù)的同步反演。

左：風(fēng)云氣象衛(wèi)星-3D在軌示意圖；右：紅外高光譜大氣探測儀。

科研人員基于開發(fā)的反演算法獲得了HIRAS儀器/風(fēng)云氣象衛(wèi)星-3D（FY-3D）首幅大氣NH3柱全球分布圖。結(jié)果表明，HIRAS探測儀可以很好地捕捉全球NH3高值區(qū)，如印度、西非、中國東部等存在大量NH3排放的地區(qū)。HIRAS衛(wèi)星與IASI衛(wèi)星的NH3反演結(jié)果具有較好的一致性（R：0.28-0.73），兩者相差在其反演誤差范圍內(nèi)。

2020年1月，F(xiàn)Y-3D/HIRAS衛(wèi)星觀測的全球白天NH3柱總量濃度分布圖。

基于本研究建立的反演算法論證了國產(chǎn)風(fēng)云氣象衛(wèi)星全球NH3觀測的能力。而當(dāng)前HIRAS/FY3D在海洋上與高緯度地區(qū)存在反演精度低的問題。這主要是由于在海洋上NH3的濃度低，傳感器捕捉到的NH3信號弱；在高緯度地區(qū)地表溫度低，熱對比度小，導(dǎo)致光譜噪聲大。未來，研究人員將進(jìn)一步改進(jìn)反演算法，引入神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法以彌補現(xiàn)有最優(yōu)估計算法的不足，提升反演精度并提高海洋和高緯度地區(qū)的有效觀測數(shù)據(jù)。升級后的算法將拓展應(yīng)用于風(fēng)云氣象衛(wèi)星-3E、風(fēng)云氣象衛(wèi)星-3F等。