利用TERRA/MODIS对FY-3A/VIRR热红外通道进行交叉定标

针对FY-3A/VIRR传感器定标精度有限,且场地定标机会有限的问题,介绍了利用高精度的TERRA/MODIS 31通道对FY-3A/VIRR 红外4通道进行绝对交叉定标的方法。选用2013年1、3、和9三个月的卫星数据进行了交叉定标计算,并对交叉定标结果进行的验证。结果表明,VIRR利用交叉定标系数计算的通道亮温与MODIS匹配点处的实测结果具有很好的一致性,绝大多数的亮温偏差在1 K以内。对不同月份交叉定标结果进行的验证表明,交叉定标系数具有普遍适用性。     

FY-2D红外探测器窗区通道非线性特性及其定标订正方案

利用实验室定标与基于高光谱探测器IASI的交叉匹配样本,分析了FY-2D红外探测器在窗区通道的非线性特征,结果显示,VISSR在信号两端都存在非线性特征,但对低信号端的影响最为显著.与实验室测量结果比较,线性定标在低温端会带来大于10 K的亮温偏差.为了同时保证定标结果的质量及其稳定性,采用分段定标方案,高温端为线性定标而中低温端为非线性.从一致性以及台风个例分析等方面对定标方案进行了验证,分析结果表明,分段定标方案稳定,对低温端的定标精度改进显著,与线性结果比较台风监测亮温精度提升大于7K.     

红外高光谱大气探测仪（FY-3E/HIRAS-II）在轨数据非线性校正方法

风云三号E星（FY-3E）搭载的高光谱大气探测仪（HIRAS-II）能够实现大气的垂直探测,具有高光谱、高灵敏度、高精度的特点。仪器在轨之后由于仪器衰减和环境变化的原因产生非线性响应,影响在轨定标精度。针对非线性响应的问题,提出了一种基于带内光谱的非线性校正方法。首先基于带外低频光谱的非线性特征求解非线性校正系数,将此系数作为初值输入到辐射定标模型中,以星上测量的黑体带内光谱与理想光谱的偏差为目标函数,通过迭代优化非线性校正系数。通过辐射定标实验得出,校正后的黑体亮温偏差明显低于未校正和基于带外光谱的校正方法。将HIRAS-II的观测数据与IASI进行交叉比对并计算平均亮温偏差和偏差绝对值,经过带内校正法非线性校正后的亮温平均偏差为-0.13K,优于带外校正方法。     

利用大洋浮标数据和NCEP再分析资料对FY-2C红外分裂窗通道的绝对辐射定标

介绍利用大洋浮标数据和NCEP再分析资料对FY-2C红外分裂窗通道进行在轨绝对辐射定标的方法,并选择了2006年10个时次的卫星数据进行辐射定标试验.将利用这种方法获得的定标结果与FY-2C卫星数据产品中提供的定标查找表进行比较分析,结果表明两套不同的定标系数反演的大气层顶(TOA)亮度温度的主要差别集中在云顶、冰雪覆盖区域等低温像元;而在常温区的陆表和海表像元定标结果差别较小,反演的TOA亮温差在2K左右.提出的替代定标方法可以极大地提高定标频次,为实现FY-2C红外分裂窗通道的实时绝对辐射定标提供了重要的方法基础.     

青海湖地区NCEP资料对风云二号C星热红外通道绝对辐射定标影响研究

为了分析大气廓线中温度和相对湿度变化对风云二号C星(FY-2C)热红外通道定标的影响,分别利用2005年6月25日青海湖场地定标试验的实际探空数据和对应时刻NCEP(美国国家环境预报中心)全球再分析大气廓线资料(简称NCEP资料)对FY-2C热红外通道进行定标计算,两种方法定标结果一致.利用2003年8月的14次青海湖实际探空数据和对应时刻的NCEP资料进行FY-2C热红外通道入瞳辐亮度和亮温的对比计算,利用辐射传输计算软件(MODTRAN 3.7)进行大气廓线对FY-2C热红外通道入瞳辐亮度和亮温的敏感性试验.计算结果表明对于青海湖地区,NCEP资料可用于FY-2C热红外通道的辐射定标计算.     

基于历史数据的HJ-1B/IRS热红外通道定标与分析

为获取2013年HJ-1B/IRS热红外通道(B08)绝对辐射定标系数,以TERRA/MODIS为参考传感器,以青海湖为研究区域,采用双通道差分模型进行交叉定标。对比分析不同观测角度、成像时差对定标精度的影响,结果表明,参考传感器观测角度30以内、成像时差1 h左右交叉定标条件最佳,且回归拟合的定标系数精度最高。通过采用2013年10月26日宁德附近海域星地同步实验数据进行精度验证,结果表明,此定标系数得到的表观辐亮度误差在0.02 Wm-2m-1sr-1以内,表观亮温误差在0.15℃以内。同时,通过与历年辐射定标系数(2008~2012年)进行对比,所得定标系数精度分别提高98.50%、98.24%、90.21%、20.87%和98.31%。总之,此文定标系数精度较高、结果可靠,可应用于IRS B08通道。     

HJ-1B卫星IRS传感器热红外通道交叉定标

以TERRA卫星中分辨率成像光谱仪(MODIS)传感器热红外通道的星上定标结果为标准,采用交叉定标方法获取HJ-lB卫星红外多光谱相机(IRS)传感器热红外通道定标系数.首先,获取两个传感器的对应通道,利用MODTRAN模拟光谱响应、观测角、大气条件和温度变化对匹配因子的影响.然后确定此研究只考虑对应通道的波谱响应和地表温度差异,并计算出不同地表温度下匹配因子的变化趋势.选择7次不同时间双星同步观测青海湖区域的图像作为交叉定标数据,根据MODIS的辐射亮度和匹配因子计算出IRS传感器热红外通道的辐射亮度,最后,将得到的辐射亮度和DN值进行线性回归,获得IRS热红外通道的定标系数.将此次定标结果与HJ-1B卫星IRS传感器热红外通道星上4次黑体定标结果进行比较,定标结果一致性较好.     

基于FY-2E卫星CIBLE定标结果的台风客观定强效果评估

利用自主研发的风云二号(FY-2)基于月球辐射校正的内黑体定标(CIBLE,Calibration of Inner Blackbody Corrected by Lunar Emission)方法,采用台风Dvorak卫星客观定强技术,分别选用2012年夏季定标平稳变化期、秋季星蚀期的强台风、超强台风过程,进行了FY-2E红外波段的CIBLE定标结果、交叉定标(GSICS,Global Space-based Inter-Calibration System)结果、日本MTSAT定标结果的台风客观定强分析.结果表明,CIBLE方法能够正确反映FY-2E在轨定标斜率的日变化和年变化,确保了FY-2E/CIBLE与MTSAT定标结果估算的各级别台风强度稳定一致.特别在FY-2E秋季星蚀期,明显提高了台风夜间定强的准确率,与GSICS定标相比,台风中心最大风速误差减小了14 m/s,极大促进了台风强度监测预报水平的提升.     

基于FY-3E星载红外观测的交叉定标匹配不确定性分析

星载红外高光谱传感器与多通道光谱传感器在轨交叉定标时能够提升数据精度和质量,交叉定标样本通常采用星下点交叉方式匹配筛选,包括空间、时间、观测几何角度和光谱匹配,匹配误差的不确定性将对最终交叉定标精度产生影响。采用FY-3E同平台红外高光谱大气探测仪HIRAS-II和中分辨率光谱成像仪MERSI-LL均匀晴空背景进行观测,根据视线向量匹配HIRAS-II星下点瞬时视场内的MERSI-LL像素,分别通过模拟视场偏移、观测天顶角偏差和光谱响应函数变化单独分析空间、观测几何角度和光谱匹配误差引入的匹配不确定度。结果表明,空间失配引起观测背景辐射亮温变化,偏移一半像元视场时的相对不确定度约为10%,达到一个像元时为25%～30%;观测几何角度失准引起光谱辐射亮温变化,观测天顶角偏移20°时的不确定度优于0.2%;光谱响应函数差异引起光谱等效辐射亮温变化,响应函数发生展宽时对吸收通道的不确定度最大约为2.5%,窗区通道为0.4%,收缩时的不确定度整体优于0.3%,平移引起的不确定度相对较小,移动5倍波长间隔时优于0.1%。     

风云三号气象卫星红外分光计在轨交叉定标精度监测系统

为了满足定量遥感对红外探测仪器定标精度监测的需求,采用风云三号气象卫星红外分光计(IRAS)与国际基准红外高光谱探测仪器进行交叉比对的方法,建立了FY-3C气象卫星红外分光计与高光谱仪器IASI的在轨交叉定标精度监测系统.通过对2014年一年的IRAS观测数据的定标精度监测和分析,结果显示,IRAS与IASI的相关系数均在0.98以上,通道1和18的定标偏差最大,分别为-3.7 K和2.1 K,通道9和16也有超过1K的偏差,其他通道的平均偏差均在1 K以内.地表观测通道8、9、18、19、20由于受卫星观测时空变化频繁的影响偏差标准差较大,在1.5~3 K左右,其他通道观测误差稳定性较好,均在1.5 K以内.通道2、3、4,10~13的定标偏差随目标亮温变化趋势不明显,通道14~20定标偏差随目标亮温变化趋势最强,最低和最高目标亮温对应的定标偏差之间的差别最大可达到5 K.定标偏差的时间序列分析表明大部分通道的定标偏差在一年的时间内保持稳定,变化幅度不超过0.3 K;通道15、19、20的定标偏差变化幅度约为1 K,通道1、14、16、17、18定标偏差一年的变化范围达到2~4 K.总之,在轨交叉定标精度监测系统为实时监测定标精度的变化提供了有效工具,为诊断仪器性能和改进定标方案提供了参考依据.     

基于最小剩余法的FY-3B/IRAS资料云检测研究

由于红外探测器的观测易受云的影响及快速辐射传输模式对云亮温的模拟不精确,在同化风云三号B星(Feng Yun-3B)红外分光计(Infrared Atmospheric Sounder, IRAS)的亮温资料时,首先需要进行云检测,以获得晴空视场点或晴空通道信息。基于最小剩余法(Minimum Residual Method, MRM)对IRAS资料进行了云检测研究,该方法不仅能判识视场点是否有云,还能得到视场点的云参数(有效云量)。同时,采用FY-2E卫星云图对云检测效果进行了验证。结果表明,将该方法用于IRAS资料云检测是可行的。     

基于光谱与几何匹配的GOCI与MODIS交叉辐射定标

海洋卫星COMs-1（Communication, Ocean &Meteorological Satellite-1）上携带的GOCI（Geostationary Ocean Color Imager）传感器以海洋监测为主,也具备较好的陆地监测潜力,但传感器陆地辐射特性存在偏差。为改善GOCI陆地辐射特性,基于MODIS数据,对GOCI可见光和近红外波段开展交叉辐射定标,弥补场地定标成本较高、定标参数更新周期长的不足,拓展其陆地定量遥感监测能力。交叉辐射定标中,考虑GOCI和MODIS传感器相应波段光谱响应函数之间的匹配; 通过辐射传输模拟,订正两传感器观测角度对辐射定标的影响;通过选取两传感器同一过境时刻的数据,降低太阳角度对辐射定标的影响,提高交叉定标精度。通过MODIS数据模拟的GOCI相应波段的表观辐亮度与GOCI实测结果比对,R2大于0.88。对定标结果进行初步验证,表明交叉辐射定标后,GOCI陆地上的辐射特性满足基本的定量遥感需求。     

风云二号B星星载扫描辐射计水汽通道定标方法

FY-2B静止气象卫里扫描辐射计水汽通道发射前定标在实验室真空罐内进行．发射在轨后,可以利用里上黑体监视探测器性能变化,但由于呈上黑体光路与目标光路不同,无法进行水汽通道的在轨全光路定标．介绍了FY-2B水汽通道的发射前定标、利用在轨电定标确定量化关系进行的定标处理以及与NOAA-17卫里HIRS／3通道12的相对定标方法．     

FY-3B MERSI短波红外波段温度响应与在轨定标分析

风云三号B星(FY-3B)中分辨率光谱成像仪(Medium resolution spectral imager, MERSI)的两个短波红外波段(1.64和2.13 $\mu$m) 采用光伏碲铬汞探测器,由于辐冷问题导致短波红外波段探测器的实际工作温度远高于设计值,影响了其在轨辐射特性。 对处于高温工作状态的FY-3B MERSI短波红外波段的长时间序列在轨辐射特性进行了较为系统的研究分析。采用冷空观测和 遥测温度时间序列数据开展了工作温度对遥感器响应的影响分析,发现短波红外波段的冷空值与探测器温度之间存在正 相关关系。采用线性模型描述仪器响应的温度依赖性,获得了温度校正因子;温度每变化1度, 1.64和2.13 $\mu$m波段冷空观 测值分别变化约0.7\%和5\%。进行温度校正后,冷空观测时间序列的波动显著降低。采用全球多目标定标方法获得了 短波红外波段的在轨辐射响应变化,在参考温度下,2011年11月至2016年12月,1.64和2.13 $\mu$m波段的总衰减分别 约为6\%和11\%。通过与Aqua中分辨率成像光谱仪(Moderate-resolution imaging spectroradiometer, MODIS)的 多年交叉比对分析,发现不管是否在定标过程中进行温度校正,采用基于长时间序列趋势建模的日定标更新后MERSI 与MODIS的辐射偏差较为稳定,可以满足7\%的定标指标要求。     

利用南海水面开展我国静止气象卫星红外通道在轨辐射定标

中国遥感卫星辐射校正场以青海湖水面作为遥感卫星红外探测通道外场辐射定标的场地.我国静止气象卫星风云二号(FY-2)系列是自旋稳定卫星,其红外通道无法进行在轨时的星上绝对定标,而青海湖对于位于东经105°赤道上空的FY-2卫星来说,卫星天顶角有36°,超过了外场辐射校正测量规范要求.本文介绍了利用我国南海海面水体辐射,进行与静止气象卫星的同步测量试验,开展卫星红外通道在轨外场辐射定标处理的可行性研究.在分别对FY-2B与FY-2C的测量数据处理后,初步确定我国南海海面可以作为我国静止气象卫星在轨辐射定标的场地.     

多种卫星传感器反演长江口悬浮泥沙浓度的对比分析

通过用Shen等~([1])的方法对Terra/MODIS、FY-3A/MERSI、COMS/GOCI传感器入瞳处的辐射亮度即天顶辐射亮度进行反演计算,得出了遥感反射率Rrs与悬浮颗粒物(Suspended Particulate Matter,SPM)浓度的数据,并将上述反演与Envisat/MERIS反演进行了对比。结果表明,MODIS、MERSI、GOCI传感器的天顶辐射亮度与MERIS的线性相关性均较好;GOCI、MODIS与MERIS的Rrs一致,MERSI与MERIS的R_(rs)相差较大,尤其在近红外区域。MODIS、MERSI和GOCI反演的SPM数据与MERIS反演的绝对偏差分别为36%、31%和26%。对于长江口、杭州湾及江苏沿岸的高浊度水体,3种传感器反演的SPM均与MERIS反演的SPM相近。对于离岸较远的低浊度水体,仅GOCI能很好地体现。