风云三号气象卫星C星(FY-3C)搭载的紫外臭氧总量探测仪因太阳辐照度观测值异常而无法进行常规在轨星上定标, 导致臭氧总量产品无法正常生成。在研究了风云三号气象卫星B星(FY-3B)TOU辐照度观测数据的特点以及仪器衰减规律后, 结合FY-3C/TOU辐照度和辐亮度实测数据, 探索了基于晴空海洋像元观测值计算仪器的衰减系数法。本文选取受陆地气溶胶影响较小的热带太平洋海区, 用矢量辐射传输模式模拟云量较小的像元对应的晴空辐亮度, 比较观测值与模拟计算值, 通过统计筛选晴空像元, 估算FY-3C/TOU探测器随时间的衰减系数。在确定仪器衰减系数后对FY-3C/TOU历史数据进行处理, 反演获得了全球臭氧总量并与WMO/WOUDC地基观测数据进行对比。结果表明, 基于晴空辐亮度估算的仪器衰减系数进行的臭氧总量反演的均方根误差在5%以内。在星载紫外探测器星上辐射定标失败的时候, 可以利用晴空海洋像元确定仪器的定标系数。

FY-3A气象卫星上搭载的紫外臭氧总量探测仪(TOU)是我国首台自主研制的用于日常全球臭氧总量监测的仪器, 自2008年5月发射至2015年3月已成功在轨运行近7年。前期研究表明FY-3A/TOU 仪器辐射响应存在分段差异特征［辐射值大于和小于6.6 μW/(cm2·nm·sr)的仪器响应明显不同］, 存在双线性响应问题。提出了基于欧洲Metop-B卫星上全球臭氧监测实验2(GOME-2)的探测数据开展紫外波段在轨交叉定标研究方法, 进行FY-3A/TOU L1B数据的在轨交叉定标检验, 用于仪器探测值在轨实时比较和校正。2013年2月—2015年2月两年定标结果表明, 2013年8月以前的辐射值比对斜率均为1左右, 表明TOU的探测值在2013年8月以前比较准确, 随后TOU与GOME-2的比对斜率开始偏大, TOU探测值相对偏高, 表明FY-3A/TOU仪器的探测响应发生变化。虽然比对斜率有变化, 但两者的探测辐射值一直保持较好的线性相关性(R2＞0.96), 因此可以通过交叉定标对TOU后期的探测数据进行校正。

新型高光谱大气臭氧传感器大多计划搭载地球静止轨道平台, 其对大视场范围和时间范围内的臭氧总量提取提出了更高的需求。 TOMS V8算法在低轨卫星大气臭氧传感器得到广泛的应用和发展, 但其在大观测几何条件下的提取精度不足, 因此如何提高TOMS算法在新型传感器上的提取精度是当前亟待解决的问题。 利用MODTRAN大气辐射传输模型模拟了晴空场景TOMS算法标准廓线各观测几何条件下的地球紫外后向散射辐射, 分析了各观测几何条件下后向散射辐射亮度与臭氧总量拟合模型, 并根据模型拟合精度情况, 得到了不同观测几何条件下后向散射辐射随臭氧总量的变化关系, 提出了改进的臭氧总量初值估算模式。 对改进模式与传统模式的臭氧总量初估结果表明, 传统模式依赖于指数模型的拟合精度, 而改进模式依赖于对数模型的拟合精度, 指数模型和对数模型均表现出高的拟合精度, 但对数模型的拟合精度比指数模型在整个臭氧浓度范围内平均高约0.9%。 改进模式使臭氧总量初估的总体精度得到改善, RMSE降低约0.087%～0.537%, 并且在较大观测几何和臭氧总量低值区（175～275 DU）间则更加显著。 在臭氧总量低值区间以及较大观测天顶角和太阳天顶角条件下, 改进模式具有更高的估算精度和更大的适用范围。 该改进的臭氧总量初值估算模式可为日后TOMS算法的更新提供支持和参考依据。

为了解决风云-3C/臭氧总量探测仪(FY-3C/TOU)太阳辐照度数据异常的问题,给出了一种求解TOU漫反射板坐标系安装偏差的算法,并利用调整后的安装参数对TOU太阳辐照度进行了修订.系统研究了该算法的基本原理及数值分析结果.该算法假设TOU在轨实际漫反射板坐标系与理想漫反射板坐标系之间的偏差可用未知转换矩阵刻画,根据太阳辐照度真值与TOU修订辐照度数据之间的关系建立了关于未知变量的方程.然后,基于最优目标问题求解出了转换矩阵的各未知参数;最后,将修订后的漫反射板坐标系参数代入TOU定位及定标处理流程,实现对FY-3C/TOU太阳辐照度偏差的订正,达到利用辐照度追踪仪器衰减系数的目的.数值分析结果表明偏差修订效果显著,TOU太阳辐照度的最大相对误差从35%降低为2%,相对误差波动范围从27.2%缩小为3.2%.