畢研盟楊忠東盧乃錳張 鵬王 倩2）*

1）（國家衛(wèi)星氣象中心，北京100081）2）（中國氣象科學(xué)研究院，北京100081）

近紅外CO2高光譜探測儀通道選擇

畢研盟1）楊忠東1）盧乃錳1）張 鵬1）王 倩1）2）*

1）（國家衛(wèi)星氣象中心，北京100081）2）（中國氣象科學(xué)研究院，北京100081）

近紅外波段（1.6μm）遙感可探測大氣CO2含量信息，應(yīng)用于碳循環(huán)研究中。寬波段、高分辨率不但對儀器研制是一個挑戰(zhàn)，而且巨大的數(shù)據(jù)量對觀測的正演、反演也是一個挑戰(zhàn)性課題。該文應(yīng)用自由度及信息量分析法，對近紅外高光譜波段中探測通道進(jìn)行CO2信息量分析，選擇前20～100個高信息量的CO2探測通道，并進(jìn)行了反演模擬測試。結(jié)果表明：前20個高信息量通道占所有通道總信息量的76.4%，僅用所選的前20個通道進(jìn)行反演，與所有通道參加反演的結(jié)果相比，誤差增加0.3×10-6；通道數(shù)增至60時，信息量增加，通道數(shù)再增加，信息量則增加不顯著；CO2反演誤差存在相似的關(guān)系。在高CO2信息量分布上，弱吸收性質(zhì)的1.6μm波段和強(qiáng)吸收性質(zhì)的2.06μm波段表現(xiàn)出不同特點(diǎn)。

CO2；反演；通道選擇；信息量

引 言

在全球氣候變化中，CO2是最重要的溫室氣體之一［1］，大氣CO2含量不斷增加引發(fā)人們對未來氣候變化的各種預(yù)測，其中對CO2源匯分布狀況監(jiān)測是一項(xiàng)重要的基礎(chǔ)科學(xué)工作。CO2人為排放源主要是生物化石燃料使用，自然匯主要包括海洋、陸地植物吸收［2］，對上述源匯監(jiān)測需要綜合運(yùn)用CO2通量估算模型、地面普查、衛(wèi)星遙感等各種手段。

目前，地面觀測CO2主要方法有地基遙感、CO2探空等，TCCON（Total Carbon Column Observing Network）地基觀測網(wǎng)［3］采用傅里葉變換光譜儀（FTS）技術(shù)，在近紅外波段遙感CO2柱總量，由于探測精度高，其數(shù)據(jù)被廣泛應(yīng)用于氣候變化研究、CO2通量估算、衛(wèi)星遙感產(chǎn)品的真實(shí)性檢驗(yàn)等領(lǐng)域。盡管地面站點(diǎn)監(jiān)測CO2含量具有很高的精度［4-7］，但全球范圍的大氣CO2含量變化監(jiān)測僅靠有限的地面站點(diǎn)顯然不夠，衛(wèi)星遙感是最有希望提供全球CO2變化監(jiān)測的有效手段。研究表明［8］，CO2遙感如果能達(dá)到區(qū)域尺度上2×10-6的精度，可明顯提高CO2通量估計水平?，F(xiàn)有的熱紅外（15μm）CO2高光譜探測，如AIRS（Atomospheric Inf Rared Sourder）［9］，IASI（Infrared Atmospheric Sounding Interferometer）［10］等探測器提高了人們對全球CO2空間分布、季節(jié)變化的認(rèn)識，但熱紅外波段的權(quán)重函數(shù)峰值主要分布在大氣的中高層，用其遙感反演大氣CO2含量僅對中高層CO2含量敏感，難以探測到近地表CO2源和匯信息。另外，熱紅外0.1 K的溫度誤差，可導(dǎo)致2.5×10-6的CO2誤差［11］難以與溫度變化信息區(qū)分。近紅外CO2弱吸收帶（1.6μm）權(quán)重函數(shù)峰值分布在近地表處，對溫度變化不敏感，因此在遙感反演近地表CO2源、匯信息上有明顯優(yōu)勢。

目前，除在軌運(yùn)行的日本GOSAT衛(wèi)星（Greenbouse gases Observing SATellite）［12］外，國際上設(shè)有多個專門以CO2含量遙感為目標(biāo)的衛(wèi)星觀測計劃，如美國OCO衛(wèi)星（Orbiting Carbon Observatory）［13］，德國CarbonSat衛(wèi)星（Carbon menitoring Satellite）［14］，這些衛(wèi)星主要利用可見光、近紅外波段探測CO2。中國科學(xué)院的研究機(jī)構(gòu)和中國氣象局國家衛(wèi)星氣象中心計劃2015年發(fā)射一顆攜帶近紅外CO2高光譜探測儀的實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星（簡稱碳衛(wèi)星），以1×10-6～4×10-6反演精度為目標(biāo)，觀測全球大氣CO2變化。碳衛(wèi)星CO2高光譜探測儀采用光柵分光技術(shù)實(shí)現(xiàn)高光譜探測，設(shè)有0.76μm，1.6μm和2.06μm 3個波段，1.6μm吸收帶初步設(shè)計光譜分辨率達(dá)到0.08 nm，空間分辨率為1 km×2 km，信噪比為300。作為一顆專門的大氣CO2探測衛(wèi)星，碳衛(wèi)星設(shè)計有星下觀測、目標(biāo)觀測、耀斑觀測、熱點(diǎn)區(qū)域觀測等多種觀測模式。

高光譜分辨率、高空間分辨率的應(yīng)用需求給儀器研制帶來挑戰(zhàn)，巨大的數(shù)據(jù)量同時也使數(shù)據(jù)處理中的輻射傳輸正演、反演復(fù)雜化，帶來運(yùn)行效率的降低。Crevoisier等［15］針對AIRS 4.3μm和15μm約775個與CO2相關(guān)的通道進(jìn)行研究，選擇出最優(yōu)通道反演CO2及其他痕量氣體。Collard［16］在IASI 8000多個通道中進(jìn)行通道選擇，以提高數(shù)值天氣預(yù)報模式中溫濕度、O3和CO2等氣體狀態(tài)量。Kuai等［17］也對OCO光譜通道進(jìn)行選擇，Saitoh等［18］應(yīng)用信息量分析法對GOSAT衛(wèi)星通道進(jìn)行選擇。本文針對碳衛(wèi)星CO2高光譜探測儀通道特點(diǎn)，開展了通道選擇試驗(yàn)。

1 原 理

在反演理論中，信號自由度和信息量是兩個重要參數(shù)［19］。信號自由度表明在測量矢量（或測量空間）中有用的獨(dú)立信號，信號信息量則能定量描述觀測中信息量的多少。信息一詞廣泛應(yīng)用于各種不同領(lǐng)域中，在本文中指的是香農(nóng)信息（Shannon information），可理解為通過此次測量，對某一量認(rèn)識的提高程度（或不確定性下降程度），它依賴于概率密度函數(shù)的熵（entropy），對優(yōu)化、描述并比較觀測系統(tǒng)是一個非常有用的量（單位：比特）。假定在一次測量實(shí)施前后，熵從s（P1）變?yōu)閟（P2），則此次測量的信息量H定義為

式（1）中，P1，P2為系統(tǒng)兩個狀態(tài)；s為系統(tǒng)熵。如果所處理的問題屬于線性高斯問題，信息量H可以從測量空間計算，也可以從狀態(tài)空間計算，從式（1）出發(fā)，可以證明二者是等價的，表達(dá)為

式（2）中，K為雅可比矩陣，Sa為先驗(yàn)誤差協(xié)方差矩陣，Sε為測量誤差協(xié)方差矩陣。引入平均核矩陣概念，從最優(yōu)反演理論出發(fā)，可得出平均核矩陣A的表達(dá)式

由式（3）可以得到

式（4）中，In為n階單位矩陣。由式（2）～式（4），可以推導(dǎo)出計算自由度d s和信息量H的以下相關(guān)公式：

2 通道選擇

碳衛(wèi)星CO2高光譜探測儀設(shè)有3個光柵光譜儀，因此，1次觀測可同時測量到3個吸收帶上的輻射量，然后基于遙感反演算法生成大氣柱平均CO2干空氣混合比XCO2。0.76μm波段是O2吸收A帶，由于大氣O2含量基本穩(wěn)定不變，所以O(shè)2-A帶測量可用于約束地表氣壓、云和氣溶膠光學(xué)路徑的不確定性，是CO2測量的輔助波段；近紅外1.6μm和2.06μm波段分別是CO2的弱、強(qiáng)吸收帶，用于確定CO2柱總量以及與波長有關(guān)的氣溶膠散射。1.6μm吸收帶是CO2不飽和吸收帶，權(quán)重函數(shù)峰值主要分布在近地面（圖1），在CO2反演中占有重要地位［20-21］，因此，1.6μm吸收帶是關(guān)注的重點(diǎn)。

設(shè)定有代表性的大氣條件（美國標(biāo)準(zhǔn)大氣），光譜分辨率設(shè)置為CO2高光譜探測儀在1.6μm吸收帶的光譜分辨率0.08 nm，首先計算出碳衛(wèi)星1.6μm波段所有通道權(quán)重函數(shù)（圖1給出了部分典型吸收通道相對權(quán)重函數(shù)分布），然后按式（5）～式（7）計算所有通道自由度和信息量。根據(jù)計算結(jié)果，在1.6μm吸收帶，將每個通道信息量由大到小順序進(jìn)行排序，前10個CO2高信息量的通道列于表1。前20個高信息量通道的信息量約占總通道信息的74.6%。

圖1 1.6μm吸收帶CO2典型吸收通道相對權(quán)重函數(shù)分布Fig.1 The distribution of relative weighting functions of typical absorption channels for CO2at 1.6μm band

表1 1.6μm波段高CO2信息量通道Table 1 High information content channels selected at 1.6μm band

在1.6μm吸收帶，將所選擇的前20個信息量最大的通道，標(biāo)注在光譜圖上，如圖2所示。

圖2 1.6μm吸收帶光譜Fig.2 The radiance calculated at 1.6μm band using sun-normalized irradiance

由圖2可知，在1.6μm吸收帶的兩個主要吸收支上，所選前20個通道每個支各分布10個，表現(xiàn)出較好的對稱性，表明兩個支在CO2的吸收上地位同等，沒有哪一個吸收支在CO2信息量上占有優(yōu)勢地位。另外，1.6μm波段是CO2弱吸收帶，高信息量通道正處在弱吸收帶CO2吸收最強(qiáng)的地方。因此，對于數(shù)據(jù)處理而言，在進(jìn)行CO2數(shù)據(jù)處理時，上述通道應(yīng)該被包括在內(nèi)；對于儀器研制而言，受儀器研制條件限制，如果無法將波段做寬，所選定的波段也應(yīng)該將上述主要通道包括在內(nèi)。

另外，分別統(tǒng)計了前40、前60、前80、前100個高信息量通道所包含信息量與總通道信息量的關(guān)系（圖3）。前20、前40、前60個高信息量通道信息量分別為總信息量的76.4%，82.77%，87.3%，隨著通道數(shù)量增加，信息也呈現(xiàn)相對較快的增加；前80、前100個通道信息量百分比分別為88%，88.5%，信息量增加緩慢。初步分析認(rèn)為，前60個高信息量通道基本上涵蓋了兩個CO2吸收支的振動、轉(zhuǎn)動引起的主要吸收線中心位置，后續(xù)增加的高信息量通道分布有兩個特征：基本上分布在主要吸收線的翼區(qū)，翼區(qū)吸收主要由譜線增寬效應(yīng)產(chǎn)生，從信息量角度看，翼區(qū)信息量少于吸收線中心；分布在吸收帶兩側(cè)較弱的吸收線上。儀器在這些吸收線上接收到的輻射率比主要吸收線平均高約60%，表明這些吸收線CO2信息量較低。因此，隨著所選擇的高信息量通道數(shù)的遞增，信息量增加較快，當(dāng)CO2吸收帶上主要吸收線全部包括后，隨著通道數(shù)的增加，信息量的增加并不顯著。

圖3 1.6μm波段高信息量通道數(shù)與信息量關(guān)系Fig.3 The relation between the selected channel number and information contents at 1.6μm band

同樣道理，也可以計算2.06μm吸收帶CO2信息量，前20個高信息量通道如圖4所示。由圖4可知，2.06μm是CO2強(qiáng)吸收帶，也分為兩個支。與1.6μm波段不同，右支集中了多數(shù)高CO2信息量通道，而左支高CO2信息量通道占少數(shù)，表明右支占有相對優(yōu)勢地位。這一結(jié)論與Kulawik等［8］研究相一致，所不同的是，文獻(xiàn)［11］在左支上給出了1個高CO2信息量通道，本研究選擇出5個通道。另外，所選通道處在中等吸收強(qiáng)度的通道上，由于在CO2強(qiáng)吸收通道上，接近于零輻射率表示CO2吸收達(dá)到飽和，無法用來反演CO2含量，而高的輻射率表明CO2吸收微弱，同樣無法用來反演，只有輻射率約處于0.03～0.05（太陽輻射歸一化）的中等輻射強(qiáng)度的通道，其CO2信息量才適合反演。

圖4 2.06μm吸收帶光譜Fig.4 The radiance calculated at 2.06μm band using sun-normalized irradiance

3 全物理法反演

針對1.6μm波段所選通道，利用全物理反演方法進(jìn)行反演對比模擬試驗(yàn)。首先基于表2所示的晴空大氣條件（不考慮云），正演計算出碳衛(wèi)星星下點(diǎn)觀測數(shù)據(jù)，衛(wèi)星觀測到的輻射率與大氣吸收、散射有關(guān)，CO2吸收程度與太陽光子路徑長度成正比，而云和氣溶膠的散射可以改變太陽光子的光學(xué)路徑長度，因此，正確處理散射問題，準(zhǔn)確估計大氣平均光程是正演、反演的核心問題。

本文采用離散縱標(biāo)法解算輻射傳輸方程，模擬太陽光經(jīng)大氣吸收和散射的輻射傳輸過程，得到碳衛(wèi)星觀測光譜。大氣觀測條件選擇美國標(biāo)準(zhǔn)大氣，CO2含量設(shè)定為390×10-6；地表假設(shè)為朗伯體，反照率設(shè)為0.15；氣溶膠類型為城市型，能見度為23 km（在0.550μm和1.6μm波段上，光學(xué)厚度分別為0.3和0.08）；太陽天頂角為60°，衛(wèi)星星下點(diǎn)觀測。

表2 模擬計算和反演條件Table 2 The simulation and retrieval conditions

然后用模擬觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行最優(yōu)估計反演試驗(yàn)，檢驗(yàn)所選通道效果。采用Gauss-Newton迭代反演算法［19］，

式（8）中，i表示迭代次數(shù)，X代表CO2狀態(tài)矢量，y代表觀測光譜，K是雅可比矩陣。X0為CO2初始先驗(yàn)值，Sa，Sy分別為先驗(yàn)誤差矩陣和觀測誤差矩陣。反演計算時，需要給定CO2初始先驗(yàn)值X0（在這里設(shè)定為380×10-6），并給定先驗(yàn)的誤差協(xié)方差Sa（假設(shè)為2.5%）及觀測誤差矩陣Sy（采用碳衛(wèi)星信噪比設(shè)計指標(biāo)300）?？刂圃囼?yàn)是1.6μm波段所有通道全部用于反演，對比試驗(yàn)是僅用1.6μm波段所選出的前20、前40、前60、前80、前100個高信息量通道。

圖5給出了僅用前20個高信息量通道反演測試結(jié)果。由圖5可知，所有通道全用于反演時，CO2垂直廓線分布優(yōu)于僅用20個通道反演結(jié)果，但由圖1權(quán)重函數(shù)分布可知，反演的CO2垂直分布廓線分布并不可靠，為此，定義垂直氣柱內(nèi)CO2分子數(shù)與干空氣分子數(shù)之比XCO2作為反演量：

按式（9）計算，全部通道都用于XCO2反演時，反演值為389.8×10-6，反演誤差為0.2×10-6，僅用前20個通道時，反演值為389.5×10-6，反演誤差為0.5×10-6，誤差增大0.3×10-6。

圖5 反演對比試驗(yàn)結(jié)果Fig.5 The retrieval experiment results

圖6給出的是控制試驗(yàn)反演迭代收斂時的模擬光譜及殘差（模擬減去觀測）。由圖6可知，盡管迭代收斂時殘差已非常小，比模擬光譜低5個數(shù)量級，但殘差仍存在光譜分布，在主要吸收通道上，殘差相對較小，而處在吸收帶兩翼上的吸收通道，殘差相對較大，這表明CO2含量的反演主要依靠信息量較大的通道，這些高信息量通道占有較大的反演權(quán)重。圖6結(jié)果從整個光譜區(qū)間的殘差分布上證明了本研究通道選擇的合理性。

圖7給出了高信息通道數(shù)與XCO2反演誤差關(guān)系以及反演執(zhí)行時間效率。由圖7可知，隨著高信息量通道數(shù)從20增加至60，反演誤差首先快速減少，隨后下降趨勢變緩，高信息量前80個通道與前100個通道反演誤差僅差0.005×10-6；反演時間效率表現(xiàn)出了相反的變化趨勢。

圖6 迭代收斂時整個光譜區(qū)間上模擬光譜及殘差分布Fig.6 The simulated radiance and residual spectrum using the sun-normalized irradiance when the iteration is convergent

圖7 高信息量通道反演的XCO2誤差以及反演時間效率Fig.7 XCO2error distribution and retrieved time efficiency

4 小 結(jié)

衛(wèi)星遙感大氣低層CO2含量主要依靠近紅外波段，碳衛(wèi)星CO2高光譜探測儀在近紅外1.6μm吸收帶設(shè)有數(shù)百個通道。為降低全物理反演方法中觀測正演、反演復(fù)雜性，提高數(shù)據(jù)處理時效，應(yīng)用信息量分析法分析了所有通道CO2信息量，選擇出了前20～100個高信息量通道，分析表明：

1）所選通道集中了所有通道CO2信息量的74.6%～88.5%。通道數(shù)從20個增至40個、60個時，信息量相對快速增加，之后通道數(shù)再增加，信息量則增加緩慢。

2）應(yīng)用不同通道數(shù)反演的XCO2誤差隨通道數(shù)變化與信息量變化有相似性，隨著高信息量通道數(shù)增加，反演誤差先快速減少，隨后變化趨勢變緩。

3）在高CO2信息量分布上，弱吸收性質(zhì)的1.6μm波段和強(qiáng)吸收性質(zhì)的2.06μm波段表現(xiàn)出不同特點(diǎn)，1.6μm波段表現(xiàn)更為對稱。

應(yīng)該指出的是，本文計算是在有代表性的大氣條件（表2）下得到的，但其中忽略了云的影響，且氣溶膠光學(xué)厚度設(shè)置較低。由于在近紅外波段大氣中氣溶膠、卷云會對衛(wèi)星接收到的輻射有較大影響，鑒于氣溶膠類型、分布的復(fù)雜性，氣溶膠對通道選擇、CO2反演的影響是一個極具挑戰(zhàn)性的課題，仍然需要進(jìn)一步研究。

［1］ 江志紅，丁裕國.中國近百年氣溫場變化成因的統(tǒng)計診斷分析.應(yīng)用氣象學(xué)報，1997，8（2）：175-185.

［2］ 卞林根，高志球，陸龍驊，等.長江下游農(nóng)業(yè)生態(tài)區(qū)CO2通量的觀測試驗(yàn).應(yīng)用氣象學(xué)報，2005，16（6）：828-834.

［3］ Toon G，Blavier J F，Washenfelder R，et al.Total Column Carbon Observing Network（TCCON）.Optical Society of America，2009.

［4］ 程紅兵，王木林，溫玉璞，等.我國瓦里關(guān)山、興隆溫室氣體CO2，CH4和N2O的背景濃度.應(yīng)用氣象學(xué)報，2003，14（4）：402-409.

［5］ 溫玉璞，湯潔.瓦里關(guān)山大氣二氧化碳濃度變化及地表排放影響的研究.應(yīng)用氣象學(xué)報，1997，8（2）：129-136.

［6］ 周凌晞，劉立新，張曉春，等.我國溫室氣體本底濃度網(wǎng)絡(luò)化觀測的初步結(jié)果.應(yīng)用氣象學(xué)報，2008，19（6）：641-645.

［7］ 溫玉璞，季秉法.用非色散紅外氣體分析儀進(jìn)行大氣CO2本底濃度的測量.應(yīng)用氣象學(xué)報，1993，4（4）：476-480.

［8］ Rayner P J，O’Brien D M.The utility of remotely sensed CO2concentration data in surface source inversions.Geophys Res Lett，2001，28（1）：175-178.

［9］ Chahine M T，Chen L，Dimotakis P，et al.Satellite remote sounding of mid-tropospheric CO2.Geophys Res Lett，2008，35（17）：L17807.

［10］ Crevoisier C，Chedin A，Matsueda H，et al.First year of upper tropospheric integrated content of CO2from IASI hyperspectral infrared observations.Atmos Chem Phys，2009，9（14）：4797-4810.

［11］ Kulawik S S，Jones D，Nassar R，et al.Characterization of Tropospheric Emission Spectrometer（TES）CO2for carbon cycle science.Atmos Chem Phys，2010，10（12）：5601-5623.

［12］ Yokota T，Yoshida Y，Eguchi N，et al.Global concentrations of CO2and CH4retrieved from GOSAT：First preliminary results.Sola，2009，5：160-163.

［13］ Crisp D，Atlas R M，Breon F M，et al.The orbiting carbon observatory（OCO）mission.Advances in Space Research，2004，34（4）：700-709.

［14］ Velazco V，Buchwitz M，Bovensmann H，et al.Towards Space Based Verification of CO2Emissions from Strong Localized Sources：Fossil Fuel Power Plant Emissions as Seen by a CarbonSat Constellation.University of Wollongong Research Online，2011.

［15］ Crevoisier C，Chedin A，Scott N A.AIRS channel selection for CO2and other trace-gas retrievals.Quart J Royal Meteor Soc，2003，129（593）：2719-2740.

［16］ Collard A D.Selection of IASI channels for use in numerical weather prediction.Quart J Royal Meteor Soc，2007，133（629）：1977-1991.

［17］ Kuai L，Natraj V，Shia R L，et al.Channel selection using information content analysis：A case study of CO2retrieval from near infrared measurements.Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer，2010，111（9）：1296-1304.

［18］ Saitoh N，Imasu R，Ota Y，et al.CO2retrieval algorithm for the thermal infrared spectra of the Greenhouse Gases Observing Satellite：Potential of retrieving CO2vertical profile from high-resolution FTSsensor.Journal of Geophysical Research：Atmospheres，2009，114（D17）.

［19］ Rodgers C D.Inverse Methods for Atmospheric Sounding：Theory and Practice（Series on Atmospheric，Oceanic and Planetary Physics，Vol.2）.Singapore：World Scientific，2000.

［20］ O’Dell C W，Connor B，Bosch H，et al.The ACOS CO2retrieval algorithm—PartⅠ：Description and validation against synthetic observations.Atmos Meas Tech，2012，5（1）：99-121.

［21］ Crisp D，F(xiàn)isher B M，O’Dell C，et al.The ACOS CO2retrieval algorithm-PartⅡ：Global XCO2data characterization.Atmos Meas Tech，2012，5：687-707.

Channel Selection for Hyper Spectral CO2Measurement at the Near-infrared Band

Bi Yanmeng1）Yang Zhongdong1）Lu Naimeng1）Zhang Peng1）Wang Qian1）2）

1）（National Satellite Meteorological Center，Beijing 100081）
2）（Chinese Academy of Meteorological Sciences，Beijing 100081）

The remote sensing of CO2with the near-infrared sunlight can detect the source and sink information of atmospheric CO2on the earth surface，which can be used in the research of global carbon cycle.The designing hyper spectral CO2instrument，which will be carried by TanSat to be launched in 2015，measures CO2column concentration using the near-infrared band.The instrument incorporates three bands with center wavelength of 0.76μm，1.6μm and 2.06μm.The spatial observing resolution is 1 km and the highest spectral resolution is 0.03 nm with the window width of 40 nm.Broad band and high resolution are a challenge for instrument manufacturing，as well as for observation processing including radiative transfer forward calculating and retrievals.The methods of degree of freedom（DOF）and information content are introduced.The CO2information content of channels at the near-infrared band is analyzed based on the above methods.The top 20 to 100 high information content channels are selected，which are then used in a retrieval experiment based on full physical retrieval algorithm.Results show that the selected 20 channels provide as much as 74.6%of the total channel information content.There are exactly 10 channels located at P-branch and R-branch of 1.6 micron band respectively，which indicates that two absorption branches are both equally important.The CO2retrieval error using the selected 20 channels only is 0.3×10-6larger than retrievals using all the channels at 1.6μm band.After the convergence of retrieval is achieved，the spectrum residual distribution shows relatively smaller residuals in high information content absorption channels and larger residuals in low information content channels.Therefore，the high information content channels control the retrieval progress.

The relationship between information content and channel number is also investigated.First，information content increases with increasing channels amount to 60，but the trend becomes slow after that.The relationship between CO2retrieval errors and high information channels amount is similar.The weak and strong CO2absorption bands near 1.6μm and 2.06μm have different high information content channel distribution calculated using CO2DOF and information content method.The high information content channels within 2.06μm band are located at lines of moderate absorption radiance，and the distribution at two branches of 2.06 micron is asymmetry.

It should be noted that the optical depth of aerosol is lower in the retrieval experiment，and cloud（thin cirrus）is also not included.Due to the disturbance of the backscatters of atmospheric aerosol and cirrus to radiation observed by satellite at near-infrared bands，the impact of cloud and aerosol to channel selection needs further investigations.

CO2；retrieval；channel selection；information content

畢研盟，楊忠東，盧乃錳，等.近紅外CO2高光譜探測儀通道選擇.應(yīng)用氣象學(xué)報，2014，25（2）：143-149.

2013-06-14收到，2013-11-18收到再改稿。

國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃（2011AA12A104）

*通信作者，email：xjwangqian1108＠gmail.com