地表气压对温室气体浓度反演具有非常重要的影响。利用地基便携式傅里叶变换光谱仪EM27/SUN观测了敦煌地区H2O, CO2, CH4及CO气体分子的浓度, 获得了2018年6月27日到7月21日敦煌地区大气中XH2O, XCO2, XCH4及XCO的时间序列, 结合敦煌观测数据, 定量分析了地表气压对气体柱-平均摩尔分数Xgas(column-averaged dry air mole fractions, DMFs)反演的影响。结果表明: XH2O, XCO2, XCH4及XCO与地表气压密切相关, 相关系数均高于0.99, 柱总量随地表气压的变化快慢决定柱-平均摩尔分数随地表气压的变化趋势。相比较CO2, CH4及CO 分子, XH2O对地表气压的敏感性较弱, 地表气压改变1 hPa, XH2O, XCO2, XCH4及XCO分别变化0.027 8%, 0.065 9%, 0068 6%和0.062%; 观测期间, H2O, CO2的浓度变化幅度波动较大, XCH4, XCO变化较小, XH2O平均值在2 000×10-6~6 000×10-6变化, 而 XCO2平均值在407.27×10-6~417.60×10-6变化, 敦煌站点XH2O, XCO2, XCH4及XCO的测量精度分别为2.3%, 0.14%, 0.12%及1.7%, XCO2及XCH4的测量精度均优于TCCON网的测量精度; 与GOSAT卫星数据对比结果显示, 地基反演的XCO2, XCH4值均偏大, XCO2的绝对偏差为7.07×10-6, XCH4的绝对偏差为0.025×10-6; 与WACCM数据对比显示, 地基反演XCO2结果多数大于WACCM值, 最大绝对偏差可以达到80×10-6, 地基反演XCH4值小于WACCM值, 最大绝对偏差为0.032×10-6。实时观测数据更能反映当地的具体情况, 研究结果可为我国温暖带干旱性气候温室气体源与汇的研究提供数据支撑和理论基础。

由大气层折射率分布不均匀引起的大气折射延迟是星载激光测高仪测距误差的主要来源之一, 其主要受地表气压的影响。目前计算地表气压方法仅有美国GLAS系统使用的基于NCEP气象数据和时间空间的内插方法, GLAS系统观测相对平坦的南北极冰盖区域的精度足够, 但观测地表起伏复杂的陆地目标的精度较低。文中利用国内气象站的观测数据, 基于改进的反距离加权内插算法对大气折射延迟修正方法进行改进, 并与传统GLAS方法的修正结果进行精度对比。在高原地区以及高纬度地区, 采用国内气象数据和新的内插算法可以将修正残差由超过2 cm降低至小于0.5 cm, 相对GLAS系统整体15 cm的测量精度, 相当于整体精度提高10%, 对于未来国产卫星激光测高仪测量精度的提高将有一定参考价值。

星载激光测高系统发出的测距光束经过大气层时会发生折射，由此产生的与大气延迟相关的测距误差在数米量级。讨论了激光测高系统大气延迟修正理论及实现算法，通过使用沿天顶方向的大气传输延迟值与非天顶方向相应映射函数乘积的方法来计算大气延迟，并对影响大气延迟主要气象参数地表气压进行修正。结合全球首个对地观测星载激光测高系统GLAS测量数据和美国国家环境预报中心NCEP气象数据进行大气延迟修正，并与GLAS系统公布延迟数据对比。结果表明：大气干项延迟偏差小于2 cm，湿项延迟偏差小于1 mm。