环境一号B星热红外波段单通道算法温度反演

文中在考虑环境一号B星(HJ-1B)热红外波段(infrared scanner,IRS4)光谱响应函数和有效波长的基础上,通过MODTRAN4模型模拟,对Jimenez-Munoz和Sobrino(JM&S)单通道算法中的大气函数进行改进,重新计算得到了适合HJ-1B星IRS4地表温度(land surface temperature,LST)反演的3个大气函数公式,并反演了福州地区的地表温度.采用基于星上辐亮度法对反演的地表温度进行精度评价,并将反演的地表温度与JM&S算法、段四波等修正的JM&S算法反演的地表温度进行对比分析.结果表明:使用文中改进后的大气参数对HJ-1B星IRS4进行地表温度反演,可取得较好结果.     

基于分组分裂窗算法的MTSAT-1R地表温度反演

以黑河流域上游和中游为研究区,针对MTSAT-1R卫星数据,运用MODTRAN 4.0及晴空状态下的TIGR大气廓线数据,发展了根据地表比辐射率、大气水汽含量、传感器观测角度分组模拟的分裂窗算法,进行地表温度反演。分析了传感器噪声、地表比辐射率和大气水汽含量3个参数对该算法的影响,并结合模拟数据、地面观测数据及MODIS地表温度产品,对反演结果进行分析评价。结果表明:当传感器垂直观测或大气水汽含量小于2.5g/cm2时,反演精度在1K以内;反演结果与地面观测数据对比差异较小,在阿柔站RMSE为3.7 K(日)/1.4 K(夜),在盈科站RMSE为2.4K(日)/2.0K(夜);与MODIS地表温度产品比较,空间分布呈现出一致性。总之,分组分裂窗算法能较好地用于MTSAT-1R卫星数据进行地表温度反演。     

针对HJ-1B的水表温度反演方法研究

利用HJ-1B热红外波段数据进行了水表温度反演。数据定标后,利用水体指数对HJ-1B热红外数据进行了水体识别,识别后直接对水体区域进行编程处理。在模型方面,考虑了HJ-1B热红外通道波谱响应函数的影响,利用MODTRAN4模型修正了Jimenez-Munoz和Sobrino提出的单通道算法,算法的参数"水汽含量"从MOD05水汽产品中取得。最后利用相同时间段内MODIS的海表面温度产品进行了验证,结果显示在抽取的1211个验证点中相对误差在5%以下的占78.695%,可以认为利用HJ-1B热红外数据进行水表面温度反演是可行的。     

不同空间分辨率热红外数据在近海核电厂温排水监测一致性研究

针对近年来我国核电厂大力发展而引起的核电温排水体污染的问题,该文利用相同日期的环境一号B星(HJ-1B)红外相机与Landsat ETM+热红外波段数据,均采用辐射传输模型法反演出大亚湾区域海表温度,通过同日期MODIS海温产品作为基准,比较HJ-1B数据、Landsat ETM+数据温度反演的差别,在此基础上,基于同一基准温度提取方法,开展HJ-1B数据、Landsat ETM+数据及MODIS反演结果3种不同空间分辨率数据在近海核电站温排水监测的一致性进行了分析与评价。研究表明:ETM+数据温度反演精度高于HJ-1B结果,且更能体现高温升区监测精度;基于劈窗算法的MODIS海温反演精度更高,但不能反映温排水温升分布细节;综合考虑具有较高时间分布率和较大幅宽的HJ-1BIRS数据更能满足业务需求。     

环境一号B星红外多光谱相机综合辐射定标

环境一号B星红外多光谱相机(简称HJ-1B星IRS)在轨运行过程中受各种因素的影响,其探测性能不断发生衰减,绝对辐射定标可有效地改善遥感器辐射特性的测量精度,从而提高遥感数据辐射质量.文中针对HJ-1B星IRS星上定标系统特点,利用2010年8月地面同步试验数据对IRS热红外通道进行综合辐射定标,修正了原始定标系数,并进行定标系数的真实性检验.结果表明借助地面试验数据进行的综合辐射定标弥补了星上定标系统的不足,获得的定标系数准确可靠,可满足遥感数据定量化应用的需要.     

GF-5卫星模拟单通道SST反演

针对国内外热红外数据空间分辨率低、反演温度精度低的问题,提出了基于高分辨率GF-5卫星热红外通道修订的单通道海表温度(sea surface temperature,SST)反演算法。以大气传输模型软件(moderate resolution atmospheric transmittance and radiance code4.0,MODTRAN 4.0)与全球大气廓线数据(thermodynamic initial guess retrieval,TIGR)为基础,采用Jiménez-MuozSobrino's单通道算法和QIN单通道算法对GF-5卫星热红外数据进行SST的模拟反演研究。通过对比不同条件下的反演误差,结果表明,B11通道的反演精度高、效果最好,B12、B10通道次之,B09通道反演精度最低;传感器垂直向下观测即观测天顶角为0°时的SST反演精度最高。由于单通道算法反演误差较大,因此进行了二次修订,修订后效果有明显改善,误差在1K以内。     

FY3A/MERSI地表温度反演

MERSI是我国第二代极轨气象卫星上的重要传感器,可获取高空间分辨率和高时间分辨率的对地观测影像。为使Jimènez-Mu珘nozSobrino算法更适用于FY3A/MERSI传感器通道特性,更新了大气函数的估算系数,并引入观测角度因子,以获取更为精确像元间更为平滑的地表温度。用MODTRAN4模拟验证该算法精度,得引入角度因子后反演精度显著提升,所有角度下平均误差为-0.6±2.2K。用实测的敦煌戈壁地表温度和MODIS地表温度产品评价MERSI反演结果,显示MERSI地表温度的空间分布准确,结果精度也较高。与实测温度对比,平均误差为1.74K,均方根误差小于1.9K。研究区域与MODIS地表温度间差异平均为2.6307K。虽然会受云检测精度和观测亮温偏高的影响,由MERSI反演的高精度地表温度在相关科研和业务方面仍然具有极好的应用前景。     

我国东海海面温度定量遥感反演研究

提出了利用Terra卫星的MODIS的20、29、31 和32红外通道数据来反演我国东海海面温度的区域SST反演算法。算法的系数是通过辐射传输模型MODTRAN 4,输入TIGR大气廓线库中中国东海附近的大气廓线进行辐射传输模拟获得。通过MODIS的SST产品MOD28数据以及实测海面浮标数据进行算法精度验证,验证结果显示,该算法获得的SST分布与MOD28产品相吻合;用21个实测浮标数据为真值,算法精度为0.98 K,RMSE为1 K,而MOD28的精度为1.29 K,RMSE为1.26 K,该算法精度优于MODIS的SST产品精度;卫星观测角度在40°以内精度为0.68 K,大于40°精度降低到1.16 K,对于大观测角度的SST反演,算法还有待改进。     

HJ-1A/B星地表反照率生成算法与检验

提出了适合环境与灾害监测预报小卫星-A、B星(简称HJ-1A/B星)CCD相机的大气订正算法,并基于不同地表特性和大气条件下的辐射传输模拟数据,建立HJ-1A/B星的窄波段向宽波段反照率转换的模型.利用多级灰阶靶标实测数据、敦煌检验场实测数据验证了大气订正算法以及转换模型的可靠性和精度,并将HJ-1A/B星影像数据计算的反照率产品与同时相的MODIS反照率产品进行对比分析.结果表明:文章提出的HJ-1A/B星CCD相机大气订正算法可有效校正大气影响;窄波段向宽波段反照率转换模型反演的反照率精度可靠;基于研究成果生成的HJ-1A/B星地表反照率与MODIS反照率产品一致性较好,满足后续遥感数据定量化模型研究的精度需要.     

单窗算法在福建毗邻海域海表温度反演的适用性分析

基于2013~2014年春夏秋冬4个时相的HJ-1B热红外遥感影像,采用覃志豪单窗算法反演海表温度。利用实测海表温度数据作为反演结果的对比验证,结果表明:平均绝对误差为0.86℃,相关系数R~2为0.971 5。并对水汽含量和大气温度的不确定性,对反演结果产生不同程度的影响进行分析,结果表明水汽含量误差范围在-2~0g/cm~2之间,气温变化量在-2℃~2℃之间,所产生的海表温度误差在5%以内,依然可以达到较高的反演精度;冬季水汽含量的敏感性比夏季高,而大气温度在夏季的敏感性却比冬季高。因此,单窗算法在福建毗邻海域海表温度反演具有较好的适用性,对福建毗邻海域的海洋环境监测具有重要意义。     

HJ-1B卫星热红外通道在轨绝对辐射定标

利用青海湖水面辐射校正场对HJ-1B卫星热红外通道进行绝对辐射定标,由CE312热红外辐射计测量水面辐亮度,结合辐射传输模型MODTRAN4.0计算大气透过率和上行程辐射,同时进行CE312通道与HJ-1B卫星热红外通道光谱匹配,计算传感器入瞳处等效辐亮度值。通过2010年8月1日和5日两组传感器入瞳等效辐亮度值和卫星通道计数值回归得到该卫星通道绝对定标系数,并使用内蒙达里湖水面辐射校正场2010年6月29日实测数据对定标结果进行检验。     

HJ-1星CCD相机场地辐射定标与真实性检验研究

为了满足HJ-1星遥感数据定量化应用的需求,2008年10月中旬,以敦煌定标实验场为地面目标,采用反射率基法对HJ-1A和HJ-1B星的CCD相机开展场地绝对辐射定标,以确定CCD相机响应的变化,并对得到的定标结果进行了误差分析。同时利用非定标同日的敦煌场和贡格尔实验场的CCD星地同步数据得到的表观辐亮度作为标准值,对定标系数进行真实性检验研究。结果表明,定标系数模拟出的CCD表观辐亮度与标准值非常接近,误差均小于3%。研究表明:此次定标实验的结果精度高,并将两次同步数据的定标系数平均值作为定标系数结果,为CCD相机定量化应用研究奠定了良好基础。     

基于Terra/MODIS数据的HJ-1B/CCD1交叉定标方法研究

交叉辐射定标是国际上新近发展起来的一种无场地定标方法,它的应用弥补了场地定标成本较高、定标参数更新周期较长的不足。对于我国2008年发射的环境与灾害监测预报小卫星CCD数据而言,探索交叉辐射定标方法的适用性,对及时发现传感器辐射性能的变化,促进CCD遥感数据的定量化应用具有重要意义。本研究以辐射定标精度较高的Terra/MODIS数据为参考,分别使用光线匹配法（RM）和辐射传输模型方法（RTM）对HJ-1B/CCD1数据进行交叉辐射定标,并与相同条件下进行的场地定标结果比较。实验结果表明,使用这两种方法获取的CCD1的第2、3、4波段的定标结果与场地定标结果差异较小,只有第1波段定标结果与场地定标结果差异相对较大,这证明了交叉辐射定标方法的有效性。另外,虽然RTM方法考虑了参考传感器和待定标传感器光谱响应和观测几何的差异,但是由于RTM方法会受到所使用的6S模型本身的误差以及输入的大气参数、地表参数测量误差的影响,该方法并不总是优于RM方法。     

On-board radiometric calibration for thermal emission band of FY-3C/MERSI

On-board radiometric calibration is the most efficient method to improve the measurement accuracy of satellite-borne sensors. Chinese Medium Resolution Spectral Imager (MERSI), loaded on the Fengyun-3C (FY-3C) satellite, uses one satellite-borne fixed-temperature blackbody (BB) for its thermal emission band’s (TEB) radiometric calibration, but its optimal calibration algorithm is not determined. By using MERSI’s on-board calibration data taken on November 2013, this article investigates two algorithms of linear and semi-nonlinear calibration for MERSI TEB’s on-board radiometric calibration and finds that the linear calibration is more reasonable than semi-nonlinear calibration because linear coefficients’ variation tendency can reflect MERSI’s inherent systematic properties better. The relative difference between linear properties and inherent properties for pixel variability being 9.5%, mirror-side variability being 21.5% and scan variability being 17.8% are all smaller than those between semi-nonlinear case and inherent case. All of those suggest that the linear calibration is coincident with the inherent systematic properties. By using MERSI’s calibration data at June 2014, the performance of those two algorithms is validated by comparing the difference between inferred BB radiance L_I and standard BB radiance L_S (0.01%), and between inferred BB brightness temperature T_I and standard BB temperature T_S (0.25 K).     

Comparison of BJ-1 and HJ-1A/B NDVI Data

NDVI is a good indicator of vegetation cover,land use,and land cover,and it’s an important product of remote sensing data.In order to achieve better results,multiple sensors are often used to establish long time-series NDVI data sets.So comparing these sensors’ data and finding out the best way to use them,which are really important.In China,BJ-1 and HJ-1B are widely used in monitoring the environment and disaster events.In this paper,BJ-1 data,which contains three different exposure time data,was simulated from HJ-1B data.NDVI was generated from these original data.Then the difference between NDVI was measured by correlation analysis and residual analysis.The results show BJ-1 always has a good liner relation with HJ-1B,and the correlation can be improved by BJ-1 middle-exposure time data and processing through radiometric calibration.The effective data range of images and land covers is the main factor which affects NDVI accuracy.     

利用环境一号卫星数据监测雾分布

雾是环境空气监测的一个重要内容之一。根据环境一号卫星B星（HJ-1B）的数据特点,从典型地物、云、雾的微物理特性的RT3辐射传输模拟出发,分析不同波段典型地物和云、雾的反射率、亮温差别,提出了综合利用HJ-1B卫星CCD相机和红外相机数据进行雾监测的方法与流程。最后,使用2009年3月12日我国南方地区的HJ-1B数据为卫星监测数据进行了监测试验。结果表明:HJ-1B卫星数据能够实现雾的监测,但由于薄云受到地表影响,无法准确区分薄云与雾。     

环境一号卫星CCD相机水体信息采集特性分析

利用覆盖我国4大海区共88景图像数据,针对4波段CCD相机(HJ-1A/CCD1、HJ-1A/CCD2、HJ-1B/CCD1、HJ-1B/CCD2)在水体中的信息采集特性进行分析。结果表明:(1)HJ-1A和B星虽不是水色卫星,但其CCD相机在水体中依然有一定的信息,可作为水色遥感器服务于水环境;(2)HJ-1B/CCD1在南海海域水体信息采集过程存在明显的太阳耀斑现象,因而在水色信息提取时太阳耀斑是一个不可忽略的因子;(3)无论是在一类水体还是在二类水体,各遥感器的近红外波段皆存在水体信息采集为零的现象,其中HJ1B-CCD2尤为明显。利用近10景涵盖了HJ-1A/CCD1、HJ-1A/CCD2、HJ-1B/CCD1、HJ-1B/CCD2数据,以及同时过境的EOS/MODIS,采用基于遥感器入瞳处总辐亮度的交叉定标方法进行交叉辐射定标,获取适用于水体目标的交叉辐射定标参数。最后根据瑞利散射和气溶胶散射的计算值,以及获取的交叉定标系数,反推出HJ1B-CCD2可能接受到的灰度值。