中國科學技術大學地球和空間科學學院劉誠教授課題組在高分五號衛星關鍵載荷—大氣痕量氣體監測儀器（EMI）的大氣污染物遙感研究中取得重要進展。該項研究通過光學超凈室樣品測量標定、光譜分析、輻射傳輸模擬等綜合評估了EMI載荷在軌反演大氣中痕量污染氣體NO2的精度和準確度，最后得出重要結論：EMI載荷具有高精度探測全球大氣痕量氣體分布的能力。結果發表在地學遙感類國際頂級期刊IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing上。本項目受到了國家高分對地觀測項目、科技部重點專項、自然科學基金、中科院重點專項等項目的資助。

高分五號衛星是國家高分重大科技專項中搭載載荷最多、光譜分辨率最高、研制難度最大的衛星。其中衛星首次搭載的EMI載荷作為我國首個同類儀器，將填補我國污染氣體遙感監測的空白，提升我國大氣環境遙感監測的定量化和精細化水平。同時，這將有力推動我國大氣環境監測及重污染天氣應對水平的提高，為我國環境污染防治等工作提供重要科技支撐和空間信息服務。高分五號預計于2018年上半年發射。其中我院劉誠教授課題組將繼續深入開展基于EMI載荷主要污染物（O3、NO2、SO2、HCHO、CHOCHO以及氣溶膠等）的對流層柱濃度和垂直分布反演算法的研究。

該項研究中，研究人員利用大氣散射光透過NO2吸收樣品池，使用EMI載荷實時測量響應光譜，見圖1。通過光譜學分析的方法，反演獲取樣品池內NO2氣體濃度，并和實際充入樣氣濃度作對比分析。對比結果表明，EMI載荷遙感反演NO2具有很好的準確度，誤差小于3%。

圖1、EMI載荷實驗室標定裝置圖

為了評估儀器在軌性能，同時驗證相關反演算法的可行性，該研究還利用了輻射傳輸方程模擬了高分五號衛星觀測幾何下的載荷觀測輻亮度。通過對模擬衛星幾何下和地面觀測幾何下的輻亮度數據，以及地面實驗實測光譜數據的信噪比分析，評估了反演算法針對在軌實測的性能。

圖2、（a）散射光測量DOAS擬合分析得到的residual （b）輻射傳輸模擬地面和典型衛星觀測幾何下的光強波長分布（c）利用文中驗證的光子噪聲分布特性，評估了EMI載荷紫外和可見通道在中國幾個不同緯度城市觀測信噪比（d）基于兩種方法的載荷信噪比估計

來源：中國科學技術大學地球和空間科學學院