项目名称: 基于量子优化的卫星高光谱遥感CO2和气溶胶协同反演的研究

项目编号: No.41505012

项目类型: 青年科学基金项目

立项/批准年度: 2016

项目学科: 天文学、地球科学

项目作者: 夏志业

作者单位: 成都信息工程大学

项目金额: 21万元

中文摘要: 如何有效处理高浓度气溶胶多次散射问题并提高大气CO2浓度(XCO2)反演精度是一个科学难题,意义重大。本项目主要研究高浓度气溶胶背景下短波红外高光谱卫星遥感高精度反演XCO2。首先用PPDF光子路径概率分布方法构建大气3层4因子参数化模型描述气溶胶多次散射过程;再耦合多次散射基于LBLRTM和VLIDORT建立包含4种主要气溶胶模式(沙尘、城市、乡村、煤烟型)的短波红外正演模型;进而建立PIMC-QA量子退火反演算法,将目标优化体系量子化,利用量子力学”隧穿效应”快速高精度协同反演XCO2、气溶胶光学厚度及PPDF 4因子;最后与TCCON及GOSAT产品对比分析量子退火反演精度,并定量分析高浓度气溶胶多次散射对XCO2反演精度的影响;深入研究反演的不同类型气溶胶PPDF 4因子时空变化特征及其与气溶胶光学厚度的相互机理。课题的实施将推动中国Tansat卫星研究进展并为碳收支提供科学依据。

中文关键词: 量子优化;短波红外高光谱;XCO2;气溶胶多次散射;卫星遥感

英文摘要: How to deal with high aerosol loading multiple scattering effects and to increasing inversion accuracy of atmospheric CO2 column-averaged amounts(XCO2) effectively is a science difficulty, which is meaningful to global climate change research. The main object is retrieving XCO2 more accurately on the background of high aerosol loading based on shortwave infrared hyperspectral satellite remote sensing. Firstly, construct a 3-layers atmosphere parameterization model including 4 factors that can depict aerosol multiple scattering effects using photon path length probability density function(PPDF) method. Secondly, build forward model in the shortwave infrared(SWIR) based on LBLRTM and VLIDORT forward models coupled with PPDF multiple scattering effect and considering four main aerosol types(dust, city, country and soot). Thirdly, establish path integral Monte Carlo quantum annealing(PIMC-QA) algorithm, which can get the quantization form of classic cost function system, and then simultaneously retrieve XCO2, aerosol optical depth(AOD) and 4 factors of PPDF model with high precision fast, based on the application of tunnel effect of quantum mechanics. Access algorithm precision established in this project between comparison analysis using TCCON and GOSAT products in the end, analysis the effect of high aerosol loading multiple scattering to XCO2 inversion accuracy quantitatively, and analysis the temporal and spatial variation characteristics of 4 factors of PPDF model retrieved about different types of aerosol, in depth, and the interaction mechanism between factors from PPDF model and AOD. This project will promote the progress of Chinese Tansat satellite research and provide scientific basis for carbon budget.

英文关键词: quantum optimization;short-wave infrared hyperspectral;CO2 column-averaged amounts;aerosol multiple scattering;remote sensing

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