二氧化碳 (CO2) 是大气中重要的温室气体, 准确掌握大气 CO2 的含量及变化可为气候变化预测及环境决策提供支持。为满足气候研究的需求, 卫星观测大气 CO2 柱平均干空气混合比 (XCO2) 的反演精度需优于 1%。搭载于高分五号卫星上的大气主要温室气体监测仪 GMI (Greenhouse gases monitoring instrument) 采用新型的空间外差光谱技术, 具有超高光谱分辨率。由于超分辨率卫星观测光谱面临着大气、地表和仪器的综合影响, 故根据 GMI 仪器特征设计了针对性的反演方法, 通过光谱信息含量的分析, 构建出用于大气 CO2 反演的信息谱以及用于背景扣除的参考谱, 以此重建观测数据和模拟数据, 并采用最优化估计法反演大气 XCO2。该方法具备缓变背景扣除功能, 可解决空间外差干涉型光谱的大气 CO2 反演问题。利用该反演方法对 2018 年 8 月至 2019 年 3 月的 GMI 观测数据开展反演, 并采用碳总量观测网 12 个站点的地面大气 CO2 测量结果进行验证。验证结果表明该反演方法可稳定实现 GMI 卫星观测数据的反演, 且 GMI 大气 XCO2 反演精度为 0.67%, 优于 1% 的应用需求。

大气CO2是一种温室气体, 在气候变化等领域起着关键作用。基于NDIR技术研制了可用于探测大气CO2垂直廓线的无线传感系统。系统采用电调制型的红外辐射光源、双通道探测器并结合超低功耗单片机实现大气CO2信号的采集与控制。提出采用调制信号周期内扣除信号起伏与背景噪声的方法, 使得本系统具有0.29%的相对测量误差。通过分时工作的方式解决了数字式无线电探空仪中高频发射机对CO2检测电路运算放大器的电磁辐射干扰, 进而实现了气象探空仪与小型化的CO2探测系统的高度集成。通过与地面LI-COR LI7500对比分析, 两者表现出较好的一致性, 24 h测量数据的相关性达0.89, 表明所研制的探测系统的稳定性与准确性。为实现大气CO2垂直廓线的探测提供一种选择。

介绍了一种用于大气CO2太阳吸收光谱地基观测的高光谱太阳辐射计，包括仪器的设计结果及相对光谱辐射亮度的测量原理。以可调谐红外激光器加积分球作为定标光源，详细介绍了波长、仪器线型函数的定标过程和方法。定标结果表明，在仪器有效工作波段（1560~1575 nm）内，光谱分辨能力为0.097 nm，杂散光水平在0.5%左右。定性比较了仪器的大气CO2太阳吸收光谱测量结果与LBLRTN软件的理论计算结果，两者在吸收峰的强度、位置、形状等方面都具有较好的吻合度。

大气CO2是重要的温室气体, 对大气CO2的全球监测有助于增进人类对气候变化的理解。 相比于天基平台, 地基观测数据通常具有更高的光谱分辨率、 信噪比及其他已知参数, 更容易实现较高的反演精度。 地基反演方法可以作为天基算法的基础, 并为天基观测结果提供必要的验证。 本文针对地基观测的特点, 建立了使用地基FTS数据反演大气CO2柱浓度的方法。 模拟计算显示该方法在一定的系统误差条件下, 具有获得较高反演精度的能力。 对地基FTS实测数据进行的反演实验表明, 该方法能够获得较精确的大气CO2浓度信息。

Raman激光雷达是用于大气成分探测与特性研究的有效工具.介绍了中科院安徽光学精密机械研究所自行研制的一台用于测量低对流层大气CO2时空分布的Raman激光雷达系统, 并进行了一系列观测实验和对比分析.系统选用波长355 nm的紫外激光作为光源, 利用光子计数卡双通道采集大气中N2和CO2的Raman后向散射信号与Li7500型H2O/CO2分析仪进行对比标定, 通过反演获得了大气CO2水平与垂直方向时空分布廓线, 并且获得了合肥地区大气边界层CO2的夜变化趋势.结果表明, 大气CO2在空间的分布相对均匀, Raman激光雷达与CO2分析仪变化趋势一致性较好, 能够对大气CO2时空分布进行有效、连续的观测.