从卫星遥感反演生成三级产品的统计方法

对二氧化碳（CO$_2$）等痕量气体的卫星遥感增强了我们观测和理解地球气候的能力。然而，这些遥感数据，特别是二级（Level 2）反演，往往在时空上不规则，因此需要时空预测以推断任意位置与时刻的值。此类推断不仅为回答有关气候的重要问题所需，也用于卫星仪器验证，因为二级反演通常与地基遥感仪器不共址。在此，我们讨论由二级反演构建三级（Level 3）产品的统计方法，重点阐述在此背景下使用统计预测的优势与潜在缺陷。继此讨论后，我们使用称为固定秩克里金（fixed rank kriging, FRK）的时空统计建模框架，基于轨道碳观测者-2（Orbiting Carbon Observatory-2, OCO-2）卫星的 Version 7r 与 Version 8r 反演，获得柱平均二氧化碳的全球预测与预测标准误差。FRK 预测使我们即使数据位于与验证数据不重合的时空点，也能从统计上全局验证二级反演。重要的是，验证考虑了预测不确定性，其既依赖于地面测量站点周围随时间变化的观测密度，也依赖于未被显式建模的痕量气体场的时空高频分量。此处，为验证遥感 CO$_2$ 数据，我们使用总碳柱观测网（Total Carbon Column Observing Network）的观测。我们证明，基于 Version 8r 的 FRK 产品与 TCCON 数据的一致性优于基于 Version 7r 的产品。