由于温室效应的日益加剧,人们对全球碳循环和气候变化的研究显得十分迫切。全球碳循环研究以及全球气候变化研究都对温室气体CO₂和CH₄的精度提出了很高的要求。卫星遥感监测温室气体的方法,可以提供全球大区域范围长时间序列的不间断的观测数据,已经成为了监测全球温室气体变化的主要观测模式。随着遥感科学技术的发展,观测温室气体的传感器的空间分辨率和光谱分辨率都在提高,与之相应的对温室气体的反演方法的精度的要求也在提高。因此,温室气体的高精度反演方法研究是目前一个热点问题。本文对大气CO₂和CH₄遥感反演中的大气辐射传输模拟与反演方法进行研究。为了了解其他参数对CO₂和CH₄反演的影响程度,必须对这些参数先进行敏感性分析。通过SCIATRAN正演模型,在固定其他参数不变的情况下,改变特定参数的值,分析特定参数对模拟的辐亮度值的影响。CO₂和CH₄反演的主要误差来自地表反照率、气溶胶和水汽廓线,因此重点对这三个参数的敏感性进行分析。在敏感性分析中引入归一化敏感度概念,研究各个反演波段之间对于气体浓度、地表反照率、气溶胶和水汽廓线敏感性的相对变化。在气溶胶敏感性分析中,分别对季节参数、边界层气溶胶类型、边界层能见度三个参数进行分析。研究表明边界层能见度对辐亮度变化率影响最大,在其他两个参数一致的情况下,能见度5km时的辐亮度变化率是能见度23km的辐亮度变化率的五倍左右。边界层气溶胶类型影响次之,在其他两个参数一致的情况下,城市型对辐亮度变化率的影响是乡村型对辐亮度变化率影响的两倍左右。季节对辐亮度变化率的影响最小,春夏比秋冬影响大0.2%左右。在归一化敏感度分析中,季节参数、边界层气溶胶类型、边界层能见度三个参数中,边界层气溶胶类型对CO₂和CH₄各波段之间相对变化影响最小,季节变化对CO₂和CH₄各波段之间的相对变化影响也较小,边界层能见度是三个参数中对CO₂和CH₄各波段之间相对变化影响最大的参数。研究从0.05到0.4之间六个不同地表反照率对CO₂和CH₄影响的归一化敏感度,结果显示六个地表反照率的归一化敏感度是重合的,代表地表反照率对CO₂和CH₄各波段之间相对变化的影响趋势是一样的。研究水汽廓线增加5%到增加10%对CO₂和CH₄的大气顶辐亮度变化率显示,大部分波段对水汽廓线的变化不敏感,只有少部分波段影响较大,剔除影响较大的波段之后,可以忽略水汽廓线对CO₂和CH₄反演的影响。敏感性分析研究中,气溶胶、地表反照率和水汽廓线对CO₂和CH₄两种气体的影响趋势基本一致。以CO₂和CH₄气体浓度、气溶胶、地表反照率和水汽廓线归一化敏感度为通道选择的依据,制定通道选择的标准,对反演通道进行挑选。在1560nm到1590nm的CO₂反演波段,得到91个CO₂反演的高敏感通道,285个低敏感通道。在1630nm到1670nm的CH₄反演波段,得到CH₄反演的41个高敏感通道,641个低敏感通道。通过高敏感通道和低敏感通道的比值来抑制气溶胶和地表反照率在CO₂和CH₄反演中带来的误差。为了分析通道选择后比值反演方法的精度,使用两种反演方法来比较地表反照率和气溶胶的误差。一种反演方法为全波段的最优估计方法,使用CO₂和CH₄反演波段的所有通道进行反演;另一种反演方法是基于CO₂和CH₄通道选择后的高敏感通道和低敏感通道比值校正后的最优估计方法反演方法。在气溶胶对CO₂的反演误差分析中,比值反演方法与最优估计方法相比对气溶胶反演误差有较好的抑制作用,反演误差整体降低了2.5%。在气溶胶对CH₄的反演误差分析中,比值反演方法与最优估计方法相比对气溶胶反演误差也有较好的抑制作用,反演误差整体降低了1.7%。从CO₂和CH₄的气溶胶误差结果中可以看出,在季节参数和气溶胶类型固定的情况下,其能见度越小,对反演误差的影响越大。季节参数和气溶胶类型对反演结果的影响没有边界能见度的影响大。在地表反照率误差分析中,地表反照率为0.2的情况下,地表反照率变化率设置为5%、10%、20%和30%。结果表明,通道选择后的比值反演方法能很好抑制地表反照率变化量在20%以内的CO₂和CH₄的反演误差,使反演结果满足CO₂和CH₄的精度要求。在Park Falls、Wollongong和Bialystok三个站点,使用TCCON地基反演结果和GOSAT L3月平均产品与GOSAT卫星数据的比值反演方法结果进行验证,时间范围为2011年4月到9月。这三个站点中Wollongong和Park Falls的验证效果比较好,Bialystok站点验证效果比较差。验证结果显示三个站点的相关性分别为:Park Falls站点的TCCON地基反演结果和比值反演结果相关性,XCO₂为0.83,XCH₄为0.75。Park Falls站点TCCON地基反演的XCO₂和XCH₄与GOSAT L3月平均结果相关系数为0.9和0.68。Wollongong站点TCCON地基反演结果和比值反演结果相关性,XCO₂为0.53,XCH₄为0.62。Wollongong站点TCCON地基反演的XCO₂和XCH₄与GOSAT L3月平均结果相关系数为0.45和0.86。Bialystok站点TCCON地基反演结果和比值反演结果相关性,XCO₂为0.54,XCH₄为0.34。Bialystok站点TCCON地基反演的XCO₂和XCH₄与GOSAT L3月平均结果相关系数为0.9和0.6。TCCON的XCO₂日平均反演结果的平均标准差和本文使用比值反演方法的日平均反演结果的平均标准差都在0.38到0.75ppm之间。TCCON的XCH₄日平均反演结果的平均标准差和本文使用比值反演方法的日平均反演结果的平均标准差都在2.3ppb到5.4ppb之间。这表明经过通道选择后的比值反演算法具有很好的适用性和稳定性。本研究从提高CO₂和CH₄的反演精度的研究目标出发,对大气CO₂和CH₄的大气辐射传输模拟进行研究,通过参数的敏感性分析,制定了比值反演方法的通道选择标准,拟为进一步开展CO₂和CH₄更高精度的定量观测和分析提供一定的参考。