风云卫星又有新技能：首幅氨气浓度全球分布图发布

12月6日，澎湃新闻（www.thepaper.cn）从中国气象局获悉，我国科研人员日前通过挖掘分析风云气象极轨卫星上搭载的红外高光谱大气探测仪（HIRAS/FY-3D）观测光谱的特点，探索建立了一套适用于风云卫星氨气柱浓度的全物理反演算法，并成功获得风云气象卫星首幅大气氨气柱全球分布图。

2020年1月，HIRAS/FY-3D卫星观测的全球白天氨气柱总量浓度分布图。中国科学院大气物理研究所 图

2020年1月，HIRAS/FY-3D卫星观测的全球白天氨气柱总量浓度分布图 图片来源：中国科学院大气物理研究所

由中国科学院大气物理研究所副研究员周敏强和中国气象局研究员张兴赢合作攻关，建立的适用于风云卫星氨气柱浓度的全物理反演算法，在反演氨气时可进行臭氧、二氧化碳、水汽、地表温度等干扰参数的同步反演。研究发现，红外高光谱大气探测仪可以很好地捕捉全球氨气高值区，例如印度、西非等存在大量氨气排放的地区，可获得风云气象卫星大气氨气柱分布图。

森林作物的释放、车辆尾气的排放、化石燃料的燃烧……这些在我们日常生活中司空见惯的场景，都会悄无声息地产生氨气。氨气在大气中含量很少，却是大气中最重要的碱性气体，在地球生物氮循环中扮演重要角色。它可与酸性气体快速反应，生成硫酸铵和硝酸铵等二次气溶胶，是雾和霾期间大气细颗粒物PM2.5的主要污染成分。铵盐气溶胶还会通过散射影响太阳辐射，从而破坏地球辐射收支平衡，引起地球气候变化，因此亟需实现对氨气的全球监测。

然而，传统的氨气浓度获取主要依赖于地面原位观测，很难满足氨气高空间分布的要求，尤其是极地、沙漠、海洋、森林等地的数据获取困难。

近年来，欧美相继发射了多颗搭载有高光谱红外观测仪器（如IASI，CrIS）的卫星，国外的科研团队根据欧美卫星研发的相关算法已经实现氨气浓度全球观测。我国自主研制的风云三号系列气象极轨卫星（FY-3）从其第四颗星开始（风云三号D星、E星、F星）也搭载了红外高光谱大气探测仪，为国产卫星实现氨气全球探测提供了可能。

为了论证风云卫星氨气观测资料的可靠性，他们将HIRAS/FY-3D观测结果与欧洲Metop-B卫星上搭载的IASI卫星的氨气反演结果进行比对，并获得了较好的一致性（R：0.28-0.73），两者相差在其反演误差范围内。该研究首次实现国产风云极轨卫星氨气浓度全球探测，证明了风云气象卫星已经具备了热红外高光谱定量探测全球氨气浓度的能力，对于未来利用国产卫星发展实现对全球微量大气化学成分的高精度定量遥感监测具有重要指导意义。

“这次研究建立的反演算法虽已论证中国风云气象极轨卫星全球氨气定量遥感观测的能力，但在海洋上和高纬度地区反演精度仍较低。这主要由于在海洋上氨气的浓度低，传感器捕捉到的氨气信号弱；而在高纬度地区地表温度低，热对比度小，导致光谱噪声大。”周敏强说。

未来，研究团队将进一步改进反演算法，引入神经网络算法，提升反演精度、提高海洋和高纬度地区的有效观测数据，并将升级后的算法拓展应用于风云三号E星、F星等卫星。