二氧化碳(CO2)卫星遥感中,大气环境因素是影响反演精度的重要原因,目前反演条件通常限制在气溶胶光学厚度小于0.3的情况。 我国大气气溶胶高值情况较为普遍,对大气条件的较高要求将严重影响我国CO2卫星遥感数据的应用能力。 针对这种情况,利用主成分分析法对中国京津地区高气溶胶光学厚度的大气CO2进行反演,得到的CO2柱浓度与2013年、 2014年GOSAT-Level2产品进行对比分析,均方根误差分别为0.65%和0.46%,相关性分别为0.77和0.93。

地基CO2反演的精度决定了对CO2源和汇的认识程度, 然而关于地基CO2反演影响因子的研究甚少。 基于正演辐射传输模式, 分析了气溶胶、 光谱偏移、 波段选取及光谱响应函数(类型、 半宽和截断误差)对地基CO2反演的影响, 旨在提高地基CO2反演的精度。 结果表明: (1)当镜头视场角小于1.5°, 且气溶胶光学厚度(λ=1.6 μm) 小于0.5时, 气溶胶多次散射的贡献可以完全忽略; (2)光谱的偏移会造成反演结果偏小, 反演误差随光谱偏移量非线性增大, 且光谱的分辨率越高, 光谱偏移的影响越大; (3)不同波段的平均信噪比不同, 选择信噪比适中的通道和增强仪器信噪比可以减小噪声对地基CO2反演的影响; (4)光谱分辨率越高, 模拟光谱对仪器光谱响应函数的准确度要求越高, 高光谱观测时, 必须保持环境温度的恒定才能获取高精度的反演结果; (5)光谱分辨率过高时, 模拟光谱因串扰作用而失真, 提高光谱仪分辨率的同时必须考虑串扰作用的影响。

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。

二氧化碳(CO2)高精度反演中易受多种因素的影响，其中一部分是系统误差，如温度廓线、压力廓线、水汽以及大气分层等精度不足所带来的影响，仅利用CO2吸收带的光谱信息很难克服由此带来的误差。这种系统误差的波长依赖性小，可以考虑其他波段进行校正。模拟研究表明，上述系统误差对CO2反演的影响经O2校正后有较大程度地减小。利用大兴安岭地区的温室气体观测卫星(GOSAT)观测数据进行CO2反演，采用氧气(O2 )A吸收带校正上述系统误差，结果显示反演精度得到明显提高。

近红外波段空基大气CO2反演是一个病态问题, 地表特征的不确定性是其重要的影响因素之一。 针对大气CO2高精度反演的需求, 研究了地表反射率两大不确定性因素对大气CO2反演的影响程度, 提出了比值光谱法对这种影响进行校正。 比值光谱法中CO2无吸收通道(off-line)的选择至关重要, 通过比较和分析多种off-line通道的选择方法, 发现多通道多点平均法因多数据平均可降低随机误差的优势, 获得的off-line通道对应的反演精度最高, 而且离散程度也小。 比值光谱法结合多通道多点平均法选取出的off-line通道对地表反射率的不确定性影响有明显的校正效果, 有利于大气CO2反演精度的提高。