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Insight into construction of Tikhonov-type regularization for atmospheric retrievals

Xu, Jian und Rao, Lanlan und Schreier, Franz und Efremenko, Dmitry und Doicu, Adrian und Trautmann, Thomas (2020) Insight into construction of Tikhonov-type regularization for atmospheric retrievals. Atmosphere, 11 (10), Seiten 1-19. Multidisciplinary Digital Publishing Institute (MDPI). doi: 10.3390/atmos11101052. ISSN 2073-4433.

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Offizielle URL: https://www.mdpi.com/2073-4433/11/10/1052

Kurzfassung

In atmospheric science we are confronted with inverse problems arising in applications associated with retrievals of geophysical parameters. A nonlinear mapping from geophysical quantities (e.g., atmospheric properties) to spectral measurements can be represented by a forward model. An inversion often suffers from the lack of stability and its stabilization introduced by proper approaches, however, can be treated with sufficient generality. In principle, regularization can enforce uniqueness of the solution when additional information is incorporated into the inversion process. In this paper, we analyze different forms of the regularization matrix L in the framework of Tikhonov regularization: the identity matrix L0, discrete approximations of the first and second order derivative operators L1 and L2, respectively, and the Cholesky factor of the a priori profile covariance matrix LC. Each form of L has its intrinsic pro/cons and thus may lead to different performance of inverse algorithms. An extensive comparison of different matrices is conducted with two applications using synthetic data from airborne and satellite sensors: retrieving atmospheric temperature profiles from microwave spectral measurements, and deriving aerosol properties from near infrared spectral measurements. The regularized solution obtained with L0 possesses a reasonable magnitude, but its smoothness is not always assured. The retrieval using L1 and L2 produces a solution in favor of the smoothness, and the impact of the a priori knowledge is less critical on the retrieval using L1. The retrieval performance of LC is affected by the accuracy of the a priori knowledge.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/137985/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Insight into construction of Tikhonov-type regularization for atmospheric retrievals
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Xu, Jianjian.xu (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-2348-125XNICHT SPEZIFIZIERT
Rao, LanlanSchool of Environment Science and Spatial Informatics, China University of Mining and Technology, Xuzhou, ChinaNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Schreier, FranzFranz.Schreier (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0001-7196-6599NICHT SPEZIFIZIERT
Efremenko, DmitryDmitry.Efremenko (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Doicu, AdrianAdrian.Doicu (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Trautmann, ThomasThomas.Trautmann (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:Oktober 2020
Erschienen in:Atmosphere
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Ja
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:11
DOI:10.3390/atmos11101052
Seitenbereich:Seiten 1-19
Verlag:Multidisciplinary Digital Publishing Institute (MDPI)
ISSN:2073-4433
Status:veröffentlicht
Stichwörter:inverse problems; Tikhonov-type regularization; atmospheric remote sensing
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 - Atmosphären- und Klimaforschung
Standort: Oberpfaffenhofen
Institute & Einrichtungen:Institut für Methodik der Fernerkundung > Atmosphärenprozessoren
Hinterlegt von: Xu, Dr.-Ing. Jian
Hinterlegt am:24 Nov 2020 17:06
Letzte Änderung:24 Okt 2023 15:16

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