大气散射效应作为CO2反演的主要误差源, 严重影响了全球大气CO2卫星产品的应用研究。 气溶胶作用以及气溶胶与地表综合作用是大气散射的重要来源。 基于O2-A, CO2 1.6和2.06 μm三个光谱带中的强、 弱吸收峰和连续谱, 从大气气溶胶光学厚度和地表反照率的角度, 分析三光谱带具有的相关信息, 提出改进的全物理反演方法, 对相关性很强的气溶胶光学厚度和地表反照率这两个散射相关参数进行同步反演, 实现大气CO2反演中的散射效应校正。 模拟计算气溶胶影响、 气溶胶和地表反照率两者综合影响导致的CO2反演误差, 并进行校正, 极端情况下导致的8% CO2反演误差可校正到1% 内, 气溶胶类型差异导致最高达10%的散射影响可校正到2%内, 显示了方法的有效性, 同时通过对校正效果的评估, 表明该方法应用于卫星数据高精度反演的潜力, 也指出了实际应用时需要关注的问题。

大气甲烷(CH4)高精度反演受到多种因素的影响, 其中地表特征和大气状态的不确定性是重要的影响因素, 如地表反射率、 温度、 湿度和压力廓线。 地表反射率受到诸多因素的影响, 难以获得精确的数据, 会给反演结果带来较大误差。 温度、 湿度和压力廓线的不确定性亦是反演误差的重要来源, 由此产生的系统误差难以避免, 单独利用CH4吸收带进行反演难以消除此种误差。 针对各种参数不确定性的影响, 本文提出比值光谱法和CO2吸收带校正法进行校正。 比值光谱法通过将绝对辐亮度谱转化为比值光谱, 抑制地表反射率在反演过程中的作用。 CO2吸收带校正法利用CO2 1.61 μm吸收带, 将CH4柱含量转化为CH4体积混合比, 校正温度、 湿度和压力廓线不确定性引起的系统误差。 通过将两种校正方法结合, 可同时抑制地表反射率和温度、 湿度、 压力廓线不确定性产生的影响, 减小反演误差。 利用温室气体观测卫星(GOSAT)的观测数据进行大气CH4反演, 采用比值光谱法和CO2吸收带校正上述误差, 结果显示校正后的CH4体积混合比与GOSAT-Level2产品相当接近, 反演精度可达-0.24%, 反演结果较为稳健可靠。 研究表明, 比值光谱法和CO2吸收带校正法可有效校正地表特征和大气状态参数不确定性引起的误差, 提高大气CH4反演精度。

在O2-A 波段进行了温室气体卫星数据的云污染问题研究，并从光程的角度分析了散射对CO2反演的影响，提出了一种解决CO2 反演中云污染问题的方法。对GOSAT L1B 数据的处理结果显示晴空、有云、待定像素分别涵盖了83.58%、9.70%、6.72%的L2数据；像素的CO2反演结果中，晴空、薄卷云像素的结果与L2保持较高一致，其余像素的结果普遍低于L2结果。O2-A 波段云检测有其优势但仍存在一定的局限性，如对薄卷云识别的准确性不足等，而光程法散射校正能有效改善薄卷云散射导致的CO2反演误差，可作为云检测的一个有效补充，两者结合是解决云污染问题的一种有前景的方法，同时在云检测中对薄卷云像素占多数的I类待定像素应予以更高重视。

针对大气二氧化碳高精度反演对卫星载荷测量技术的极高要求，通过与传统的色散型和干涉型光谱测量技术的比较，介绍了一种新型的超光谱测量技术即空间外差光谱技术。依据航天条件下的载荷技术需求，较详细地介绍了探测原理和仪器结构，展示了这种技术获取超光谱分辨率和高信噪比数据的能力，以及小体积、轻质量和低功率等在航天环境下的重要技术优势。在此基础上，利用本所自主研制的原理样机进行了大气二氧化碳探测实验，结果表明其观测数据精度能够良好地应用于二氧化碳反演，其探测结果与日本碳嗅卫星(GOSAT)观测结果相一致，说明空间外差技术具有应用于卫星对地探测大气二氧化碳的能力。

CO2作为影响气候变化最重要的温室气体，其反演精度达到1%是气候研究的基本要求。在反演中解决大气散射的影响，是提高CO2反演精度的关键问题之一。温室气体观测卫星为了实现高光谱分辨率，其光谱带宽通常较窄。高光谱分辨率对CO2浓度变化敏感，而窄带宽在采用传统差分吸收光谱(DOAS)法以快慢变分离的方式处理散射时难以保证反演精度。针对我国高光谱卫星CO2反演算法的开发需求，从光程的角度研究了散射对CO2反演的影响，并与传统DOAS方法在沙漠和草地两种区域进行了对比。结果显示相对于传统DOAS方法，该方法在沙漠和草地区域的应用均使CO2的反演精度得到提高，达到或接近1%的精度需求，反演结果的相关性和数据离散度也得到改善，这表明该方法能有效降低大气散射对CO2反演的影响。

利用高精度数据处理技术与二阶巴特沃兹低通滤波技术研制了一套可与液晶显示器(LCD)或计算机连接工作的激光测试系统,用于可见光波段中小功率激光器的光功率、光功率稳定性等参数的检测,最小分辨率为0.01 mW。实验验证,系统的测量误差小于±5％。该激光测试系统工艺简单,价格低廉,检测结果直观、明确,测试精确度高,可广泛应用于中小功率激光器的生产、检测和使用。