从火星热红外到地球夜间微光:基于FAMdust框架的行星大气气溶胶夜间连续反演技术展望
编号:135
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更新:2026-03-24 15:02:20 浏览:4次
口头报告
摘要
行星气溶胶(沙尘)的昼夜演变对理解大气辐射平衡和动力过程至关重要。在火星探测中,沙尘不仅会造成太阳能阵列衰减,更直接威胁探测器进入、下降和着陆过程的操作安全 。因此,高精度的沙尘光学厚度(DOD)定量监测是约束火星大气环流模型(GCMs)的核心,对于实现准确的沙尘传输模拟与天气预报、保障我国“天问三号”等未来深空探测任务的规划具有不可替代的意义。然而,无论在火星还是地球,夜间气溶胶的高精度遥感反演均存在显著的观测空白,严重制约了对夜间边界层演变、污染/沙尘昼夜循环等完整物理过程的认识。本报告立足于“行星大气”的跨环境共性科学问题,探讨从火星极端环境到地球复杂地表条件下的气溶胶连续反演技术。针对火星大气,本研究提出了一种基于热红外光谱的快速自适应机器学习反演框架(FAMdust)。依托阿联酋希望号(HOPE)EMIRS光谱仪的全天时观测能力,该框架采用分区联合回归策略,成功实现了火星全球沙尘光学厚度(DOD)的快速定量反演。在独立测试集上,算法决定系数(R²)达0.96,超96%的样本落在预期误差范围内。FAMdust不仅精准捕捉了火星全球沙尘的时空演变,更通过连续夜间数据弥补了传统可见光观测的盲区,实现了向火星第37年的全球沙尘连续监测。借鉴在处理夜间/弱信号辐射及多源特征融合方面的核心算法思想,进一步将其拓展至地球夜间微光(Low-light)气溶胶反演。结合VIIRS日夜波段(DNB)的月光辐射,构建了融合LightGBM与FT-Transformer的混合集成深度学习模型(LGB-FTStack)。通过引入大气层顶辐射及其空间异质性等物理先验特征,有效提取了极微弱的夜间气溶胶信号。结合地面光度计与香河站地基激光雷达的交叉验证,该模型在华北平原乃至中国全域的夜间AOD反演中展现出高度的准确性(交叉验证R=0.79)与优异的空间泛化能力。
关键词
行星气溶胶,夜间遥感反演,机器学习,HOPE/EMIRS,VIIRS/DNB
稿件作者
傅迪松
中国科学院大气物理研究所
周敏强
中国科学院大气物理研究所
段民征
中国科学院大气物理研究所
范学花
中国科学院大气物理研究所
李艺苑
中国科学院大气物理研究所
董理
中国科学院大气物理研究所
刘娟娟
中国科学院大气物理研究所
施红蓉
中科院大气所
杨大智
哈尔滨工业大学
夏祥鳌
中国科学院大气物理研究所
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