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.     

FY-3B红外分光计亮温观测模拟偏差订正的初步研究

变分同化FY-3B红外分光计(InfraRed Atmospheric Sounder,IRAS)的通道亮温要求亮温观测模拟偏差满足高斯分布。由于卫星数据处理以及数值预报模式等包含的误差不服从高斯分布,因此需要对偏差进行订正。首先对IRAS资料进行云检测等初步质量控制;在统计了IRAS的20个通道亮温之后,发现扫描偏差具有星下点对称性;最后对扫描和气团偏差进行了订正。结果表明,订正后IRAS高层通道1、10以及近地面通道14的偏差绝对值有所增加,水汽通道13和地面通道20的偏差标准差有所增加,其它15个通道亮温观测模拟偏差均值从1.04 K减小到了-0.30 K,相应的标准差从2.28 K减小到了1.99 K。偏差概率分布更具高斯性。     

MODIS的HJ-1B红外通道星上定标系数交叉验证

HJ-1B卫星自发射以红外通道共进行了7次星上黑体定标,针对星上定标系数的验证工作开展较少,以MODIS第31、32通道为参考源,分别基于光谱响应差异和线性统计关系两种方法对HJ-1B红外通道星上定标系数进行验证.首先,计算两个传感器表观辐亮度的匹配关系,进而计算出HJ-1B红外通道的等效离表亮温,通过与HJ-1B红外通道基于星上定标系数反演得到的离表亮温进行比较,实现对星上定标系数的验证.通过半高宽法、矩方法和查找表法这三种不同的方法计算得到了2009年9月14日星上定标系数.结果表明:三种方法中,查找表法精度较高, 且HJ-1B查找表法星上定标系数反演亮温与基于光谱响应差异和线性统计关系计算的等效亮温偏差较小,分别为0.02 K和0.81 K.这两种交叉验证方法的精度均在1 K以内,证明了该方法的可行性,且基于光谱响应差异的验证方法精度更高.该研究为光学载荷在轨辐射定标的验证提供了理论基础.     

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。     

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%。     

扫描镜热辐射校正对FY-4A星AGRI定标精度的提升研究

多通道扫描成像辐射计（Advanced Geostationary Radiation Imager, AGRI）是风云四号A星的主要有效载荷之一。为了满足AGRI长波红外遥感数据高精度定量化应用的要求,构建了扫描镜热辐射随机械转角变化的函数模型,提出了一种可用于星上黑体和地球场景观测遥感数据的校正算法。基于FY-4A星AGRI的在轨数据,分析了模型参数对扫描镜温度的依赖性,研究评估了校正算法对长波红外定标精度的改善效果。在扫描镜温度场平稳时间段内,扫描镜热辐射校正后,B11（8.0~9.0 μm）、B12（10.3~11.3 μm）、B13（11.5~12.5 μm）波段的定标偏差分别可以得到-2.81 K~+1.06 K、-0.60 K~+0.19 K、-0.68 K~+0.24 K的显著改善。与IASI交叉定标检验结果表明,改善后的在轨定标亮度温度偏差优于0.5 K@290 K。     

利用MODIS对FY-2E/VISSR红外窗区和水汽通道的交叉绝对辐射定标

介绍了利用高精度的TERRA/MODIS观测资料对FY-2E红外窗区和水汽吸收通道进行绝对交叉定标的方法,并选用2010年5、7和12三个月的卫星数据进行了交叉定标计算.结果表明,交叉定标系数计算亮温与MODIS匹配点处实测结果非常接近,约90％的亮温偏差小于1K,其中高温区结果更稳定,偏差小于低温区,这主要是由于低温区杂散光影响显著造成的.总的说来,借助TERRA/MODIS可以实现对FY-2E/VISSR的高频次高精度的绝对定标,为FY-2E在轨替代定标提供重要的方法基础.     

GF5B热红外通道星上定标与验证

以GF5B卫星发射前实验室定标为基础,采用星上0级黑体定标数据,建立了适用于GF5B热红外通道的星上绝对辐射定标模型。通过对2022年01月12日星上黑体定标数据进行处理,获得成像仪热红外通道的绝对辐射定标系数。对星上定标系统精度进行分析,并采用地面同步烟台浮标数据对定标结果进行精度验证,结果表明,在轨后星上定标系统的绝对定标精度为0.9 K;星地验证结果显示B11和B12通道亮温的偏差分别为0.33、0.77 K。说明基于星上黑体的定标方法具有较好的精度,定标结果可靠,可满足遥感数据定量化应用的需要,为实时准确获取热红外通道定标系数提供了方法借鉴。     

中巴地球资源一号卫星红外多光谱扫描仪、交叉定标方法研究

建立CBERS—1上搭载的红外多光谱扫描仪(IRMSS)与FY—1C通道4及Landsat-7上ETM 波段6多星星载热红外遥感仪器交叉定标的算法模型，利用美国Landsat-7上搭载的ETM 红外通道6和FY—1C通道4分别对IRMSS热红外通道进行交叉定标，得到二组定标结果．相同地标点对比分析结果表明，二个定标结果得到的目标点亮度温度相对偏差为1．2K；IRMSS交叉定标结果与Landsat-7ETM 热红外通道在轨定标结果独立样本对比分析结果，均方根偏差为1．6K．     

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。     

On-Orbit Calibration Assessment of AVHRR Longwave Channels on MetOp-A Using IASI

Accurate and precise satellite radiance measurements are important for data assimilations in numerical weather prediction models and for climate-change detection. After the successful launch of the Infrared Atmospheric Sounding Interferometer (IASI), several studies have indicated that the IASI radiance measurements are well calibrated and maintain superb spectral and radiometric calibration accuracy. Owing to its hyperspectral nature and high-quality measurements, the IASI radiance can serve as a relative reference to independently assess the radiance measurements of broad- or narrow-band instruments that share the same spectral region. In this paper, we demonstrate the utility of the IASI radiances to evaluate the Advanced Very High Resolution Radiometer (AVHRR) infrared (IR) channel measurements. The coregistered AVHRR pixels inside each IASI pixel are averaged spatially. We then compared the spatially averaged radiance from AVHRR IR channels with IASI by convolving the IASI-measured spectra with the AVHRR spectral response functions. It was found that, statistically, the temperature observed from AVHRR channels 4 and 5 is slightly warmer than that in IASI for the brightness temperature (BT) range of 200 K–300 K. The mean BT difference (IASI minus AVHRR) is less than 0.4 K with a standard deviation of $ sim$0.3 K for AVHRR channels 4 and 5. The BT difference between IASI and AVHRR IR channels is scene-temperature dependent for both channels 4 and 5, which is probably caused by the nonlinearity of the AVHRR detectors. Both AVHRR channels 4 and 5 show slight scan-dependent bias with maximum differences of approximately $sim$0.2 K (with AVHRR being warmer than IASI) at both ends of the scan.      

FY-3B红外分光计亮温资料的云检测算法研究

结合风云三号B星(FY-3B)载红外分光计(InfraRed Atmospheric Sounder,IRAS)资料的通道特性,分析了云在不同波段的光谱特性。与通道亮温偏差阈值法不同,利用通道多光谱信息以及基于平滑梯度和通道信噪比的方法对FY-3B/IRAS资料进行云检测方法研究,更有效地识别出了有云视场点。对2013年1月9日00时至1月14日00时共5天的IRAS资料数据进行了偏差订正,然后采用以上方法进行了IRAS资料云检测。结果表明,经过云检测后的通道亮温偏差服从高斯分布,满足后期变分同化IRAS通道亮温的要求。     

高光谱分辨率资料通道选择方法研究

从用经典物理法反演大气参数的误差分析角度出发,利用贝叶斯原理探究了通道特性、背景误差、观测误差和仪器噪声等在反演大气参数时对反演精度的影响,提出了一个定量衡量通道对反演大气参数精度的贡献指标。以此指标为准则,对用高光谱分辨率资料反演大气温度廓线时的通道选择方案进行了设计和论证。以欧洲中心在2012年发射的第二代红外大气探测干涉仪(Infrared Atmospheric Sounding Interferometer,IASI)为对象,从8461个通道中选出了300个贡献指标最大的通道,并将它们与AAPP发布的应用通道作了比较。结果证明,本文选用的方法在选择反演大气温度廓线的通道时是有效可行的。     

FY-4A多通道扫描辐射成像仪评价与图像合成

风云四号卫星发射后,开展了卫星在轨评价工作.采用刃边法对太阳反射通道进行在轨MTF评价,结果表明,多通道扫描辐射成像仪各反射通道在轨MTF分别达到了0.14、0.17和0.22以上,符合仪器指标要求;利用面源黑体对红外通道噪声进行评价,结果表明多通道扫描辐射成像仪性能稳定,噪声大小只与辐冷温度有关,目标温度300 K时主要红外通道噪声优于0.2 K,最优通道达到了0.06 K;为准确检验红外定标精度,采用GSICS方法对红外通道业务定标结果进行检验,GSICS检验显示定标精度优于1 K,最优通道达到了0.3 K@290 K.为充分发挥多通道扫描辐射成像仪多通道联合应用效能,根据多通道扫描辐射成像仪反射通道的响应特点,在没有符合人眼红绿蓝响应通道的情况下,提出了新的真彩色图像合成方法,生成了符合人眼效果的真彩色明显.     

Regression of Surface Spectral Emissivity From Hyperspectral Instruments

The operational Atmospheric Infrared Sounder (AIRS) emissivity retrieval uses a National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) regression emissivity product as a first guess for its retrieval over land. The NOAA approach is based on clear radiances that are simulated from the European Centre for Medium-Range Weather Forecasting forecast and a surface emissivity training data set. The same approach has also been applied to simulated Infrared Atmospheric Sounding Interferometer (IASI) data. Resulted emissivity spectra and maps derived from AIRS and IASI will be presented and discussed.     

利用 IASI资料反演平流层大气温度

红外大气探测干涉分光仪(Infrared Atmospheric Sounding Interferometer, IASI)能够获取平流层的大气温度廓线,而且由其 提取的大气温度扰动信息可用于平流层的重力波特征分析。基于神经网络方法,利用典型 大气廓线库和大气辐射传输模式建立了由IASI反演25～60 km高度范围内的平流层大气温度廓 线的算式,并结合再分析资料对反演结果进行了检验。模拟试验结果表明,平流层大气 温度反演的偏差主要在0 K附近且不超过1 K,均方根误差处在2～6 K之间,且50～5 hPa之间的均方 根误差在3 K以内。对比验证结果表明,本文的平流层大气温度反演与欧洲中期天气预报中心(European Centre for Medium-range Weather Forecasts, ECMWF)的再分析资料在总体上具有可比性,而且反演速度更快,覆盖的区域更完整。     

应用U形边框黑体光阑的三点辐射定标校正方法及其分析

红外焦平面探测器阵列由于探测器工艺、环境冲击和长时间工作等因素将引起探测器响应的漂移,很大程度影响了热成像系统的成像质量。对于红外测温热像仪来说,会大大降低其出厂定标的准确性。针对红外辐射定标,考虑到探测器响应的非线性,在前期搭建的基于U形边框黑体视场光阑的红外成像系统基础上,研究了基于U形边框黑体光阑的三点定标修正方法,并与两点辐射定标方法进行了比较。实际定标测试实验结果表明:在25~65 ℃范围内,三点定标修正后的最大绝对误差和平均误差分别为0.126 6 K和-0.048 8 K,较原始定标的结果有明显的精度提升,说明三点定标修正方法算法有效,但三点定标修正与两点定标修正的结果相差不大。因此,一般情况下两点辐射定标修正方法足以适应辐射定标应用。