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Assessment of Tikhonov-type regularization methods for solving atmospheric inverse problems

Xu, Jian und Schreier, Franz und Doicu, Adrian und Trautmann, Thomas (2016) Assessment of Tikhonov-type regularization methods for solving atmospheric inverse problems. Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer, 184, Seiten 274-286. Elsevier. doi: 10.1016/j.jqsrt.2016.08.003. ISSN 0022-4073.

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Offizielle URL: http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S002240731630317X

Kurzfassung

Inverse problems occurring in atmospheric science aim to estimate state parameters (e.g. temperature or constituent concentration) from observations. To cope with nonlinear ill-posed problems, both direct and iterative Tikhonov-type regularization methods can be used. The major challenge in the framework of direct Tikhonov regularization (TR) concerns the choice of the regularization parameter λ, while iterative regularization methods require an appropriate stopping rule and a flexible λ-sequence. In the framework of TR, a suitable value of the regularization parameter can be generally determined based on a priori, a posteriori, and error-free selection rules. In this study, five practical regularization parameter selection methods, i.e. the expected error estimation (EEE), the discrepancy principle (DP), the generalized cross-validation (GCV), the maximum likelihood estimation (MLE), and the L-curve (LC), have been assessed. As a representative of iterative methods, the iteratively regularized Gauss–Newton (IRGN) algorithm has been compared with TR. This algorithm uses a monotonically decreasing λ-sequence and DP as an a posteriori stopping criterion. Practical implementations pertaining to retrievals of vertically distributed temperature and trace gas profiles from synthetic microwave emission measurements and from real far infrared data, respectively, have been conducted. Our numerical analysis demonstrates that none of the parameter selection methods dedicated to TR appear to be perfect and each has its own advantages and disadvantages. Alternatively, IRGN is capable of producing plausible retrieval results, allowing a more efficient manner for estimating λ.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/105814/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Assessment of Tikhonov-type regularization methods for solving atmospheric inverse problems
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Xu, Jianjian.xu (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-2348-125XNICHT SPEZIFIZIERT
Schreier, FranzFranz.Schreier (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0001-7196-6599NICHT SPEZIFIZIERT
Doicu, AdrianAdrian.Doicu (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Trautmann, ThomasThomas.Trautmann (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:2016
Erschienen in:Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:184
DOI:10.1016/j.jqsrt.2016.08.003
Seitenbereich:Seiten 274-286
Herausgeber:
HerausgeberInstitution und/oder E-Mail-Adresse der HerausgeberHerausgeber-ORCID-iDORCID Put Code
Bernath, PeterOld Dominion University, Norfolk, Virginia, USANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Mishchenko, Michael I.NASA-Goddard Institute for Space Studies, New York, New York, USANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Mengüç, M. PinarÖzyeğin University, Istanbul, TurkeyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Verlag:Elsevier
ISSN:0022-4073
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Atmospheric inverse problems; Direct and iterative Tikhonov-type regularization; Regularization parameter selection methods
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Raumfahrt
HGF - Programmthema:Erdbeobachtung
DLR - Schwerpunkt:Raumfahrt
DLR - Forschungsgebiet:R EO - Erdbeobachtung
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):R - Vorhaben Spektrometrische Verfahren und Konzepte der Fernerkundung (alt), R - Atmosphären- und Klimaforschung
Standort: Oberpfaffenhofen
Institute & Einrichtungen:Institut für Methodik der Fernerkundung > Atmosphärenprozessoren
Hinterlegt von: Xu, Dr.-Ing. Jian
Hinterlegt am:23 Aug 2016 13:47
Letzte Änderung:06 Nov 2023 08:49

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