Inversion für Limb-Infrarot-Atmosphärische Sounding

Aktualisiert am:17/01/2025

Dokumentinformationen

Autor	Jian Xu
Schule	Technische Universität München
Fachrichtung	Ingenieurfakultät Bau Geo Umwelt
Veröffentlichungsjahr	2016
Unternehmen	Verlag der Bayerischen Akademie der Wissenschaften in Kommission beim Verlag C. H. Beck
Ort	München
Dokumenttyp	Dissertation

Sprache	German
Seitenanzahl	178
Format
Größe	4.23 MB

Atmosphärische Fernerkundung
Infrarot- und Mikrowellentechnik
Umweltforschung

Zusammenfassung

I. Einleitung und Inversion für Limb Infrarot Atmosphärische Sounding

Die Atmosphärenschichten werden durch Limb-Sounding untersucht. Infrarotmessungen spielen eine wichtige Rolle. PILS (Profile Inversion for Limb Sounding) wird als Inversionsalgorithmus vorgestellt. Das Dokument betont die Bedeutung robuster Inversionsalgorithmen für nichtlineare inverse Probleme in der atmosphärischen Fernerkundung. Die Entwicklung neuer Instrumente für Ferninfrarot- und Mikrowellen-Fernerkundung ermöglicht genauere Beobachtungen der atmosphärischen Zusammensetzung.

1.1. Instrumente und Messungen

TELIS (TErahertz and submillimeter LImb Sounder) liefert Ballon-gestützte Messdaten. Die Dissertation untersucht Spurengase wie Ozon (O3), Wasserstoffchlorid (HCl), Kohlenmonoxid (CO) und Hydroxylradikal (OH). Limb-Emissionsmessungen im Ferninfrarot und Mikrowellenbereich liefern Informationen über die atmosphärische Zusammensetzung. Neue Sensoren dienen als Prototypen für zukünftige Satellitenmissionen.

1.2. Inversionsmethoden und Regularisierung

PILS verwendet nichtlineare Ausgleichsrechnung mit adaptiver numerischer Regularisierung. Die Wahl des Regularisierungsparameters und die a posteriori Abbruch-Kriterien beeinflussen die Performance. Automatische Differenzierung (AD) ermöglicht die effiziente Berechnung exakter Jacobi-Matrizen. Die Regularisierung minimiert den Einfluss von Messfehlern auf die Lösung.

II. Strahlungstransfermodellierung und Vorwärtsmodell

Das Vorwärtsmodell in PILS simuliert Limb-Emissionsspektren. Instrumenten- und Messcharakteristika werden berücksichtigt. Die hohe spektrale Auflösung des Strahlungstransfermodells ist essentiell. Kontinuumsabsorption und die Integration der Strahlungstransfergleichung beeinflussen die Modellierung.

2.1. Vergleich mit SRON Code

Ein Vergleich mit dem Code des Netherlands Institute for Space Research (SRON) zeigt Übereinstimmungen und Abweichungen. Unterschiede in den Kontinuumabsorptionsdaten und den Integrationsverfahren führen zu geringen Abweichungen in den simulierten Spektren. Die unterschiedlichen Inversionsmethoden, Regularisierung und a priori Information beeinflussen die Ergebnisse.

2.2. Fehleranalyse

Die Fehleranalyse umfasst Glättefehler, Messfehler und Modellparameterfehler. Die Genauigkeit der regularisierten Lösung wird bewertet. Modellparameter des Strahlungstransfers und der Instrumente werden untersucht. Die Charakterisierung des Retrieval-Fehlers ist entscheidend für die Interpretation der Ergebnisse.

III. Anwendungen und Ergebnisse

Retrieval-Ergebnisse für Spurengase aus TELIS-Messungen werden präsentiert. Sowohl synthetische als auch reale Strahlungsspektren werden analysiert. Die Sensitivitätsstudie für OH bewertet die Inversionsperformance von PILS.

3.1. TELIS Datenanalyse

Retrieval-Ergebnisse für Ozon (O3), Wasserstoffchlorid (HCl), Kohlenmonoxid (CO) und OH aus den Winterflügen 2009-2011 werden analysiert. Der 1.8 THz Kanal von TELIS wird evaluiert. Die Ergebnisse werden mit Daten des 480-650 GHz Kanals und anderen Limb-Soundern verglichen.

3.2. Bedeutung für atmosphärische Chemie und Dynamik

Die Beobachtungen ermöglichen Untersuchungen der stratosphärischen Chemie und Dynamik. Die gewonnenen Daten tragen zum Verständnis der atmosphärischen Umwelt über der Polarregion der nördlichen Hemisphäre bei. Die Spurengas-Retrievals liefern wichtige Informationen für die atmosphärenwissenschaftliche Forschung.