卫星及其携带的有效载荷。未来，如 TEMPO[8]，TROPOMI[9]，GEO-CAPE[10]， 以及韩国航空航天研究院的地球静止环境监测光谱仪（Geostationary Environment

Monitoring Spectrometer）将进一步扩大基于空间测量的能力以提供目标源的精确 的定量信息。

虽然卫星遥感发展迅速，但是时间分辨率低、反演计算复杂、测量过程中的 不确定性仍然是制约其发展的因素。未来的大气环境监测侧重于天基与地基数据 的综合应用，充分发挥各自的优势，实现大气环境综合治理。

1.2  国内外研究现状

大气中的氮氧化物形式多样，包括 NO、N2O、NO2、NO3、N2O3、N2O4 和 N2O5 等。N2O4 是 NO2 二聚体，通常与 NO2 混合构成一种平衡状态混合物。对流 层内在太阳直接照射下，NO3、N2O3、N2O4 和 N2O5 很不稳定，易分解为其他氮 氧化物，在大气中只有 N2O、NO、NO2 能以较稳定的形式存在。

实际大气环境监测应用中，通常将大气中的 NO 和 NO2 合称为氮氧化物 (NOx)。对于用卫星遥感手段监测氮氧化物的问题，国内外已有很多学者进行了 不同层次的研究。

目前国际上主流的 NO2 柱浓度卫星反演方法最早于上个世纪 70 年代，是由 德国海德堡大学(University of Heidelberg)环境物理研究所 U．Platt 等提出的 DOAS 法[11]（Differential Optical Absorption Spectroscopy，差分吸收光谱法）。 DOAS 利用气体分子在紫外(UV，UltraViolet)到可见光(VIS，VISible light)范围内 具有差分吸收结构的特点来鉴别气体种类，并根据差分吸收光谱强度反演待测气 体的浓度。DOAS 在大气物理、大气化学和大气遥感等研究领域中得到广泛应用文献综述

[12]，该方法是被证明了的成熟且可靠的反演算法[13]。利用该方法，一些学者取得

了一定的研究成果。如 Martin R．V．(2002)和 Richter A．K．(2003)等利用 GOME 卫星数据资料对北美洲上空对流层 NO2 的反演方法进行了精确研究，认为美国 对流层 NO2 柱浓度有很强的空间相关性[14,15]。K．F．Boersma(2004)等从理论上

分析了 GOME 数据反演对流层 NO2 垂直柱浓度的不确定性因素，认为影响精度 的主要因素有[16]：a)仪器光谱测量和随机噪声误差；b)平流层和对流层 NO2 的分

布；c)云量、表面反照率以及先验概率等模型参数的不确定性。R．J．van de（r  2006）

等利用 1996~2005 年的 GOME 和 SCIAMACHY 卫星资料，发现中国东西部地区 氮氧化物的峰值出现时间并不相同，并分析了造成这种情况的原因，表明，东部 地区 NO2 来源以人为源为主，冬季供暖且不利于扩散，西部地区以自然源为主， 夏季雷雨闪电频发易产生 NO2[17]。Valks P．（2011）等开发了基于 GOME-2 的对 流层 NO2 斜柱总量反演算法，并与地基 MAX-DOAS(Multi Axis Differential Optical Absorption Spectroscopy，多轴差分光学吸收光谱法)进行了对比验证，两者有一 致相似性[18]。

差分吸收光谱法（DOAS）已经成为衡量大气中痕量气体成分的广泛使用的 方法，但是有学者在前人研究的基础上，进一步进行了算法的更精细研究，以期 获得更专门的探测结果。DOAS 法反演探测痕量气体的浓度是由大气吸收光谱的 数值分析计算得到的，但这往往是重叠了几种痕量气体的吸收特征结构的组合， 不能很好的区分个体特定的痕量气体。Jochen(1996)等开发了一种新的分析程序 以确定个体特定的痕量气体浓度——个体痕量气体吸收结构建模大气光谱，该算 法可以很好地区分不同的大气痕量气体成分，与此同时，该算法还纠正光谱波长 像素映射的误差[19]。

卫星遥感数据多是基于卫星数据的离线后处理，一种近实时(3h 内)反演算法 能够从 OMI 传感器反演得出对流层 NO2 柱浓度。该反演方法是基于 KNMI 开发 的用于从 GOME 和 SCIAMACHY 卫星仪器离线对流层 NO2 处理和反演同化模 型。在 80 分钟内可以从 KNMI 获得 OMI NO2 倾斜柱浓度和云数据。二氧化氮斜 柱使用 405-465nm 范围内差分吸收光谱（DOAS）方法反演[20]。