臭氧是地球大气中一种重要的痕量气体, 在光化学反应和气候变化中都扮演着非常重要的角色。 高光谱红外卫星可以观测到较高垂直分辨率的大气臭氧信息, 但是由于热红外受大气温度影响较大, 臭氧反演精度会有所下降。 为此详细讨论和分析了温度对臭氧吸收光谱和权重函数的敏感性, 以及对臭氧反演精度的影响。 首先利用逐线积分辐射传输模型LBLRTM, 分别模拟计算了六种不同标准大气模式下, 1K的随机温度误差对大气透过率和辐射值的影响, 发现1 K温度随机误差和臭氧浓度5%～6%的变化引起的辐射值变化量一致。 接着利用CRTM辐射传输模型, 针对搭载于美国对地观测卫星Suomi NPP(National Polar-orbiting Partnership)平台上的CrIS(Cross-track Infrared Sounder)红外高光谱观测数据, 计算了1K的随机温度误差对大气臭氧权重函数的影响, 并计算了由1K温度误差所导致的热红外高光谱资料大气臭氧廓线反演误差, 结果显示CrIS对于臭氧的敏感区位于10～100 hPa之间, 且1 K的温度误差和6%的臭氧浓度变化引起的权重函数变化量相当。 最后以CrIS作为实验数据, 在最优估计法框架下, 通过特征向量统计法获取臭氧廓线的先验知识, 并将大气温度廓线和大气臭氧廓线都作为未知量, 进行同步迭代反演。 将反演结果和配对的世界臭氧紫外数据中心WOUDC的站点数据进行比较, 发现在反演中加入大气温度廓线进行同步迭代后, 反演结果有显著提高, 尤其在平流层与真值几乎一致, 最大相对误差不超过20%, 在对流层反演结果相对较差, 最大相对误差不超过50%, 优于欧洲中期天气预报中心ECMWF(European Center for Medium-range Weather Forecasting)臭氧模式数据集ERA-Interim。

随着全球及区域尺度内空气污染问题的日益突显,利用卫星遥感进行大气探测的技术也得到了不断发展。 分别介绍了气溶胶、灰霾、近地面颗粒物、污染气体、温室气体的遥感反演原理,及近年来国内外算法和 应用进展情况。同时,阐述了建立多源卫星空气质量监测系统的迫切性,及其国内外发展现状。最后,针对目 前我国空气质量卫星监测技术的需求,指出了目前大气遥感技术在我国发展的不足之处,并为进一步提升卫星 遥感技术在大气监测领域的应用和扩展提出了一些建议。

大气温湿廓线是数值预报中最基本的气象参数, 高光谱红外卫星可以观测到较高垂直分辨率的大气信息, 为了准确获取廓线信息, 利用搭载于美国对地观测卫星Suomi NPP(national polar-orbiting partnership)平台上的CrIS(cross-track infrared sounder)红外高光谱观测资料, 讨论了通道选取方法, 采用特征向量统计法反演法得到初始大气廓线, 利用非线性牛顿迭代法进一步提高反演精度。 将反演结果和全球数据同化系统GDAS(global data assimilation system)模式分析数据以及配对的无线探空值进行比较, 发现反演结果与真值趋势一致, 较之初始廓线有显著提高, 在100～700 hPa之间, 温度廓线反演精度最高, 均方差小于1 K, 在300～900 hPa之间, 湿度廓线反演精度最高, 均方差小于20%, 与所选取通道的雅各比峰值区间一致。

近红外通道观测大气CO2含量是利用其对太阳辐射的吸收作用，温度是影响吸收气体吸收的一个重要因子，文中讨论了CO2观测的温度敏感性.首先阐述了温度对气体吸收谱线的强度、增宽的影响; 然后根据CO2反演过程中使用的大气温度产品的精度水平，利用逐线积分辐射传输模型模拟计算了1 K的随机温度误差对垂直大气观测的影响，以及由此导致的CO2反演误差，并与模拟的1 ppm和2 ppm的CO2浓度变化所造成的观测与反演变化量进行了比较.通过对比分析六种大气模式下的模拟计算结果，得出1 K大气随机温度误差是影响高精度大气CO2观测反演的重要因子.

空间外差光谱仪(SHS)是近年来迅速发展起来的新型超光谱分析技术， 但针对该项技术的定标研究方法还不成熟。 本文在分析空间外差仪原理的基础上， 探讨了SHS实验室定标方法， 内容包括光谱定标和辐射定标。 利用可调谐激光器与元素光谱灯， 根据光谱带宽内的发射谱线所对应的波长， 以及探测器尺寸与系统带宽之间的关系， 设计了光谱定标方案。 定标结果显示仪器光谱分辨率和光谱范围与理论设计值一致， 通过多次光谱稳定性测试， 光谱漂移较小。 在辐射定标中， 利用积分球系统进行了稳定性定标， 利用标准灯和漫反射板完成了响应度定标， 并利用定标系数进行了实例验证。 定标结果显示该方法能够满足空间外差光谱仪定标要求， 为获取的光谱数据进行定量反演奠定了基础。

空间外差光谱技术(SHS)是一种可进行高光谱分辨率探测的光谱分析技术, 其灵敏度高, 可实现成像探测, 特别适用于大气中痕量气体的观测。鉴于此, 提出了一种在实验室理想环境下水平观测水汽的逐线积分反演算法。使用Voigt线型函数计算出所选带宽内各吸收线的吸收系数, 并将半宽校正到相应压力水平下; 考虑各吸收线的线翼吸收贡献, 计算出波段内的平均透过率; 结合通过实测光谱得出的透过率推算水汽浓度。应用在1590～1610 cm-1波段内傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)的实测数据计算不同水汽浓度的平均透过率, 并与相应的应用Modtran计算的结果相比较, 最终验证了算法的可行性。

针对空间外差光谱技术(SHS)仿真研究,本文介绍了不同特征光谱光源的仿真计算。根据空间外差光谱仪的基本原理和系统结构特点,以及SHS系统参数与光谱干涉的调制关系,分别对单色光谱、连续光谱进行了理论仿真探讨,并且分析了不同带宽和采样间隔对仿真结果的影响。此外,采用空间外差光谱仪实验台装置获取实测数据,并与仿真结果进行对比分析。实验结果表明理论仿真数据和实测数据能够很好的吻合,能够为实际工作提供有益的参考,同时为SHS系统的设计和改造提供必要的依据。