温室效应引发的气候变暖一直是国际上关注的热点问题,大气中的二氧化碳(CO2)作为主要的温室气体,是引起温室效应的重要因素。为了研究大气CO2的分布和全球范围的CO2变化规律,制定合理的CO2减排政策,需要高精度的CO2探测数据的支持。基于地面站点的探测方法具有较高的测量精度,但是与空基探测都存在探测范围狭小,数据量不足等问题,所以地基和空基观测方法无法满足全球气候变化研究对大气CO2的测量需求。基于天基测量的卫星遥感方法可以实现高频率的全球范围探测。目前,国际上已经发射多颗大气温室气体遥感卫星用于温室气体监测和气候变化研究,而要满足这种应用要求,卫星遥感的测量精度必须高于1%。因此,高精度的CO2反演是实现遥感卫星应用的关键因素之一。大气气溶胶、地表反射率和云污染等环境参量是影响CO2反演精度的重要因素,针对在轨卫星的遥感数据,必须对探测到的数据进行有效筛选。本文以我国高分5号卫星上搭载的大气主要温室气体监测仪(Greenhouse gases Monitoring Instrument,GMI)遥感为背景,首先,开发了基于数据质量需求的大气条件和云污染数据筛选技术,筛选出适合于CO2反演的遥感数据,;其次,研发了地表反射率、大气环境等CO2反演必须的外部环境参量获取与匹配技术。同时,为适应高质量反演需求,对遥感光谱进行了光谱校正和辐射量化的处理工作。在此基础上,构建CO2反演方法。为实现对GMI海量遥感数据反演及应用需求,以卫星遥感地面数据处理系统技术特性为依据,完成了各个算法模块的设计,结合上述反演方法开发了相应的CO2反演软件。本文利用全球总碳柱观测网(TCCON)的地基站点、目前在轨运行的温室气体观测卫星(GOSAT)和在轨碳观测卫星(OCO-2)对GMI的2018年8月到2019年3月的观测数据反演结果精度进行了验证实验。结果表明,GMI近红外反演结果与TCCON地基站点测量结果的误差在-1.21±2.26ppm(-0.3±0.55%),反演精度在1%以内。从GMI与GOSAT卫星的相关性对比中,可以得出,测量数据的总体平均偏差为0.19ppm,相关性为0.65,GMI与OCO-2卫星测量数据的总体平均偏差为-0.12ppm,相关性为0.62。针对GMI载荷,以本论文研究方法构建的大气CO2反演结果可以满足相关研究需要。