利用AIRS高光谱观测资料获取全天空光谱解析通量

在气候变化研究中，天顶附近的地球净辐射收支是一个重要方面。与宽带通量相比，光谱解析的（Spectrally Resolved）出射长波辐射或通量（Outgoing Longwave Radiation or fluxes, OLR）能够提供不同波段的详细信息，在气候模式的评估与改进等方面具有显著优势。大气红外探测器（the Atmospheric Infrared Sounder, AIRS）提供了丰富的红外波段高光谱分辨率辐射信息。本工作将充分发掘AIRS数据信息，结合MODTRAN5辐射传输模式，建立一个基于角分布模式（Angular Distribution Models, ADM）的自洽算法，由实际观测所得高光谱分辨率辐射信息方便地获得全天空光谱解析通量。这对全球模式的评估与发展、有云大气辐射传输过程的理解等有重要意义，对其他高光谱分辨率卫星资料的应用也具有借鉴意义。

角分布模式（ADM）是将辐射观测换算为通量的核心过程。角分布模式的场景分类（Scene types)通常需要结合其他同步观测信息。与宽带辐射信息不同，高光谱分辨率辐射观测实际上包含着丰富的大气温湿及云的信号。因此，有必要尝试发展一套仅依赖高光谱辐射观测的scene type分类方法并进而构建仅依赖辐射观测的光谱分辨角分布模式。本工作以AIRS卫星观测资料为例，发展了一套仅基于AIRS数据的晴空热带海洋上空的scene type分类方法。该方法scene type的定义与CERES SSF算法类似，使用地表温度、干绝热递减率和水汽总量划分。我们选择了相应AIRS通道的辐射和亮温来估计这些参数并定义区间。基于这个光谱分辨的角分布模式，我们计算得出宽带出射长波通量（OLR）和光谱分辨通量并与模式模拟结果及CERES观测结果进行了对比。在大多数情况下，该算法结果与CERES观测结果的平均OLR差异小于±2 Wm-2。与热带海洋上空典型平均值相比，差异在1%以内。该算法在调整scene types区间后，可类似的推广到云天及陆地上空。同时，整体算法也可容易的推广到其他类似高光谱分辨率辐射观测中。. 为了提高该算法的实用性，仅依赖辐射观测资料区分晴空和云天也是一个关键问题。我们尝试了多种已有方法来探索这种可能性，包括三通道光谱法、直接与海表温度比较的阈值法等。估计的综合准确性约为晴空70.66%及云天89.16%。估计不准确的主要是破碎云和低云，这方面的工作仍在进一步研究中。