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空间外差光谱技术是一种可进行高光谱分辨率探测的新型光谱分析技术，其灵敏度高，可实现成像探测，非常适用于大气痕量气体探测。大气中的水汽是一种重要的气象因子，利用空间外差光谱技术探测大气中的水汽，可得到高精度的大气水汽含量信息。
本文针对空间外差光谱技术的高光谱分辨特性，开展了高光谱分辨率数据反演方法的研究。比较分析了非线性迭代反演方法、逐线积分的反演方法以及改进的Langley法，并着重讨论了逐线积分反演方法和改进的Langley法：利用近红外空间外差光谱仪系统进行了大气水汽含量的地基观测实验，并对观测数据进行反演计算。
在观测条件稳定的情况下，利用逐线积分的反演方法，通过逐条统计系统工作波段范围内的每一条水汽吸收线的吸收贡献，并考虑邻近吸收线之间吸收线翼的相互影响，进行反演计算。使用红外傅里叶变换光谱仪在1590cm-1～1610cm-1区间内的观测数据，对算法进行验证计算，通过与同等条件下利用MODTRAN计算所得的结果进行对比，证明了逐线积分方法的可行性。
将改进的Langley法应用于高光谱分辨率数据的反演。分别利用MODTRAN、FASCODE计算中纬度标准大气模式下大气透过率和水汽量，很好地拟合出二者间的关系常数a、b。使用拟合得到的a、b，结合MODTRAN计算的地面和大气顶的太阳光谱，反演计算大气水汽的垂直柱浓度，误差小于3％，从而验证了算法的可行性。
利用近红外空间外差光谱仪系统进行地基水汽观测实验。首先通过光谱定标确定系统工作波段位于930.891nm～954.397nm之间，光谱分辨率为0.046nm。然后利用标准光源对系统进行辐射定标，一方面验证了系统的稳定性，另一方面确定系统的光谱响应度。最后，利用改进的Langley法对观测数据进行反演计算，并与微波辐射计同步观测反演数据对比，初步验证了近红外空间外差光谱仪水汽定量探测的能力。