海洋上空云多角度偏振辐射阈值检测方法研究

云是海洋遥感的一项重要研究内容,云检测精度对于海洋上空云微物理特性的反演和海洋水体观测具有重要意义.以高分五号卫星搭载的大气气溶胶多角度偏振探测仪(Directional polarimetric camera,DPC)在轨成像数据为研究对象,提出了一种基于多角度偏振辐射信息的海洋上空云检测方法.首先用耀光角判别法区分...     

高分一号光学遥感数据自适应云区识别

光学卫星遥感数据在获取过程中易受云层干扰,云区识别是光学遥感数据应用及分析的一个基础但重要的步骤,高效的云区识别技术对节省数据收集成本和提高数据利用效率具有较强的现实意义.同态滤波算法是经典的基于单幅影像的云区识别方法之一,该算法具有计算快速方便、云区检测精度较高的优点,然而识别的云区范围极大程度取决于同态滤波器截止频率的位置.同态滤波截止频率通常采用经验值,显然经验截止频率无法适应批量遥感数据的自动处理需求.针对以上问题,本文通过建立输入影像频谱能量与截止频率的关系,结合白度指数(Whiteness Index)和形态学算子,实现对国产高分辨率光学卫星高分一号(GF-1)遥感数据的批量云区识别处理.与传统同态滤波方法相比,该算法能根据影像频谱能量自适应判定同态滤波时采用的截止频率,具有更强的适用性.通过对98景GF-1多光谱数据进行随机点人工目视标记精度检验,精度检验结果表明该算法对云区有较好的检测效果,总体识别精度达93. 81%.该算法对GF-1遥感数据能进行批量化云区检测,获得高精度的云区掩膜结果,并有效降低高反射率地物造成的误识率.     

多层感知机结合辐射传输模型的复杂陆地表面云检测

云检测是卫星遥感数据预处理中至关重要的工作.本文将多层感知机和辐射传输模型相结合,利用可见光和近红外波段反射率信息从卫星影像中识别出云像元.该方法利用SBDART辐射传输模型,模拟获得了各种复杂陆地地表的反射率值数据集,为多层感知机提供训练样本.随后,用训练好的多层感知机模型区分FY-3D卫星MERSIⅡ影像中的云像元...     

基于高分五号DPC氧气A吸收波段的云顶压强反演

云顶压强可用于估计云高,对气象观测和云特性研究等具有重要的作用.基于高分五号卫星搭载的多角度偏振探测仪(DPC)在氧气A吸收带设置的763 nm和765 nm两个波段进行了云顶压强反演方法的研究.首先,通过辐射传输模拟和多项式拟合得到了大气压强的计算公式,并对拟合公式进行了误差分析和校正.然后,分析了气溶胶、大气廓线等...     

基于粒子偏振特性的雾霾区分算法研究

雾、霾粒子的组成成分不同,雾滴具有大粒子特性,霾的成分复杂,小粒子居多。偏振观测对小粒子具有很强的敏感性,基于该特性利用矢量辐射传输模型(Vector linearized discrete ordinate radiative transfer, VLIDORT) 计算雾粒子和霾粒子的偏振辐射特性,模拟结果经公式计算可得到雾、霾粒子的偏振反射率。模拟结果表明: 在散射角125$^\circ\sim150^\circ$范围内,雾粒子和霾粒子的偏振反射率随散射角分布有明显不同的变化趋势。利用该偏振辐射特性结合雾霾粒子的辐射特性,基于2008年3月11日的多角度偏振成像观测的卫星载荷 (Polarization and directionality of the earth's reflectances, POLDER)数据对雾和霾进行区分。将区分结果与中分辨率成像光谱仪(Moderate-resolution imaging spectroradiometer, MODIS)图像及地面站观测资料进行对比,验证了算法的有效性。这对高分五号大气气溶胶多角度偏振探测仪(Directional polarimetric camera, DPC) 遥感数据的应用具有重要的参考价值和科学意义。     

多角度偏振成像技术在高分卫星上的应用

偏振是光的固有属性之一,偏振成像技术具有显著提高探测距离并抑制背景噪声等优势,国内外多家机构近年来研制了多种偏振成像仪器,用于获取云层和气溶胶的参数,以观测气候变化。偏振成像仪多采用多角度偏振成像结构,可获取可见光到近红外光波的波段范围。高分五号卫星上搭载的多角度偏振成像仪,实现对地表的每个目标物体的至少9个角度的观测。文章对多角度偏振成像技术在高分卫星上的应用进行了分析。     

综合高分卫星图像多维特征的云检测方法

云是遥感图像分析处理的一大障碍,为了解决这一问题,基于高分1号遥感影像光谱和纹理的多维特征信息,提出一种综合优化的云检测方法。针对光谱检测出的似云区域,该算法采用新的子图分割方法,结合动态阈值设置,有效提高了纹理检测的正确率。由于固定的光谱阈值设置和纹理检测都无法获取复杂环境下的云层边界信息,算法采用大津法予以修复。结果表明,该算法可有效地检测出影像中的云覆盖区域,实现薄云、厚云以及厚云边界信息的最佳提取。     

GF-5卫星多角度偏振成像仪在轨偏振定标

2018年5月,我国成功发射了高分5号卫星,其上搭载了多角度偏振成像仪。卫星载荷受发射时的振动、在轨空间环境变化以及元器件电路系统老化等因素的影响,各种辐射特性发生变化,从而导致整个载荷辐射性能与在轨前的实验室定标结果之间存在一定偏差。基于海洋耀光对高分5号卫星多角度偏振成像仪的偏振测量定标的方法,并利用在轨测试期间数据,对载荷进行了初步的偏振辐射定标测试。测试结果表明, 3个偏振波段(490, 670, 865 nm)线偏振度测量值与理论值有很好的一致性,平均偏差分别约为$-$0.03、 $-$0.04、$-$0.01,载荷发射前后偏振测量状态未发生明显改变。基于自然目标的在轨替代定标方法,还可用于多角度偏振成像仪偏振辐射性能随时间变化情况的长期监测。     

基于DPC的中国部分区域陆地气溶胶光学厚度反演

大气气溶胶是气候变化与遥感定量化等的重要影响因素,研究气溶胶光学特性具有重要意义.基于高分五号卫星搭载的大气气溶胶多角度偏振探测仪(Directional polarimetric camera,DPC)过境中国区域的数据,开展了气溶胶光学厚度的反演研究.基于矢量辐射传输模型6SV计算构建气溶胶光学特性查找表,采用Ro...     

气溶胶散射对海洋水色遥感辐射偏振校正的影响

辐射偏振校正对具有相对较大偏振响应的海洋水色卫星遥感器(如Aqua MODIS)是十分必要的,可在一定程度上提高海洋水色信息提取的精度.目前, MODIS已经实现了业务化的辐射偏振校正,但其算法中忽略了气溶胶散射对大气顶辐射偏振分量的影响.利用海洋-大气耦合矢量辐射传输模型PCOART,分别模拟获得纯瑞利大气(无气溶胶)和气溶胶光学厚度为0.2大气时的大气顶辐射偏振分量.结果表明,除太阳耀斑区外,气溶胶散射对蓝光波段(443 nm)大气顶线偏振辐亮度的贡献很小,可以忽略不计,而对近红外波段(865 nm)大气顶线偏振辐亮度的贡献显著.此外,将PCOART数值模拟的大气顶瑞利散射辐射线偏振反射率与POLDER实际观测的大气顶线偏振反射率进行了比较,结果同样说明了气溶胶散射对蓝光波段(443 nm)大气顶线偏振反射率的贡献很小,而对近红外波段(865 nm).大气顶线偏振反射率的贡献显著.最后,在现有MODIS辐射偏振校正算法基础上,提出了考虑气溶胶散射的海洋水色卫星遥感辐射偏振校正算法,并利用POLDER实测的大气顶线偏振反射率对算法进行了检验,结果表明,无论是在443 nm波段,还是在865 nm波段,均比MODIS辐射偏振校正算法估算大气顶辐射偏振分量更接近POLDER实测结果.     

卫星大气多角度偏振遥感系统方案研究

偏振遥感作为一项新技术将在大气探测中发挥作用。通过偏振测量,不仅得到了辐射度测量值,而且能够得到大气偏振态参数。基于多角度偏振信息,能够提高大气特性参数反演精度,并为精确大气校正服务。讨论了偏振遥感探测方式及其研究进展情况,从大气偏振信息特点考虑,提出了一种卫星大气偏振信息获取方式,简要给出了卫星大气遥感的多角度偏振遥感系统总体方案,旨在积极推进多角度偏振遥感技术在卫星大气遥感中的应用．     

卫星大气多角度偏振遥感系统方案研究

偏振遥感作为一项新技术将在大气探测中发挥作用。通过偏振测量,不仅得到了辐射度测量值,而且能够得到大气偏振态参数。基于多角度偏振信息,能够提高大气特性参数反演精度,并为精确大气校正服务。讨论了偏振遥感探测方式及其研究进展情况,从大气偏振信息特点考虑,提出了一种卫星大气偏振信息获取方式,简要给出了卫星大气遥感的多角度偏振遥感系统总体方案,旨在积极推进多角度偏振遥感技术在卫星大气遥感中的应用。     

星载对地观测偏振传感器及其大气遥感应用

偏振反映电磁波的方向特性,是除强度之外电磁波的另一维度的信息。在电磁波与大气颗粒物的相互作用中,偏振由于其对颗粒物物理特征的高敏感性, 可以有效提高卫星遥感探测的丰度和精度,改善对大气中特性复杂的气溶胶和云等成分的探测能力。首次综合介绍了我国研制的4种类型星载 对地观测偏振传感器,包括多角度偏振相机、推扫式偏振成像仪、摆扫式偏振仪、多通道偏振辐射计,并分析了代表性的国产偏振传感器 的指标参数,总结了各类载荷的探测能力。在此基础上,介绍了星载偏振传感器的主要定标方法,包括发射前实验室定标、星上定标和在轨定标。 偏振载荷具有增加卫星观测维度和精度、对大气颗粒物粒径和形状特征敏感、改善弱信号探测等方面的综合优势,能够获取全球范围内 高精度的大气气溶胶和云参数。星载对地观测偏振传感器具有广阔的大气遥感应用空间和潜力,可在细颗粒物PM2.5卫星遥感、关键气候 因子观测及评估、极端环境事件监测、气溶胶生态效应评估、对地观测高精度大气校正等多个领域发挥作用。     

The determination of cloud altitudes using GOME reflectance spectra: multilayered cloud systems

This paper is devoted to the application of the Semi-Analytical Cloud Retrieval Algorithm (SACURA) to the cloud-top height determination using data from the Global Ozone Measurement Experiment (GOME) instrument onboard Earth Remote Sensing satellite (ERS-2). In particular, measurements of the top-of-atmosphere reflectance in the oxygen absorption A-band are used. The technique is based on the asymptotic radiative transfer theory as applied to studies of the oxygen absorption bands in reflected light. Our approach is valid for optically thick clouds with cloud optical thickness larger than approximately 5. The accuracy of the algorithm is checked against independent retrieval techniques for completely cloudy pixels. In particular, the close coincidence with data obtained from the Along Track Scanning Radiometer (ATSR-2) onboard ERS-2 is found. Some results of retrievals using these different instruments disagree (up to 2 km). This is explained by the strong horizontal inhomogeneity of clouds under investigation, which is not accounted by the SACURA or, possibly, by well-known problems of infrared techniques as applied to low-level clouds. The effective cloud geometrical thickness l is also retrieved. This parameter is defined as the geometrical thickness of a vertically homogeneous cloud, which allows for the minimization of differences between observed and calculated top-of-atmosphere reflectance spectra. For inhomogeneous clouds, the value of l differs from a real cloud geometrical thickness, but it gives us an indication of the possible existence of the multilayered cloud system in the field of view of the optical instrument.     

Retrieval of atmospheric water vapor profiles using radiometricmeasurements at 183 and 90 GHz

The algorithm developed by T. Wilheim (1990) dealt with the retrieval of water vapor profiles from microwave radiometric measurements, even in the presence of clouds. This algorithm was tested with the radiometric measurements near 90 and 183 GHz frequencies, and the results are presented. It is shown that the retrieved water vapor profiles were in general agreement with those derived from the radiosonde data. In particular, the retrieval over both land and ocean surfaces generated clouds at locations that could be verified from satellite photographs. The algorithm did not perform well at places where there were surface fronts     

Retrieval of cloud base heights from passive microwave and cloudtop temperature data

Water vapor profiling algorithms that treat liquid clouds explicitly yield a cloud base height as a byproduct. A single case of a water vapor profile retrieval using a combination of the SSM/T-2 on the DMSP satellite and cloud parameters from the AVHRR on the NOAA satellite retrieved a reasonable cloud base. While hardly definitive, this case is suggestive. The authors examine the cloud base signal in a combination of the SSM/1 and SSM/T-2 on the DMSP satellite from a theoretical point of view. It is shown that the signal is strong enough for a useful retrieval only over the ocean. For low altitudes, a cloud top temperature (CTT) constraint, as could be provided from an infrared radiometer, is required. While difficult with the DMSP-NOAA satellite combination, this has become much easier with the recent launch of NOAA-K with the AMSU-B and AVHRR. It is shown that the signal is acceptable over the relevant range of cloud liquid water content values. To achieve useful results, some local tuning of the algorithm will be necessary. This tuning could take the form of water vapor profile covariance matrices, climatological estimates of the cloud liquid water density, or purely empirical methods. Broken and multilayer clouds provide additional complications to the problem     

基于航空偏振数据的地表BPDF模型优化研究

针对航空偏振气溶胶反演涉及的地表双向偏振辐射分布函数（BPDF）特性问题,分析了地表双向偏振反射分布物理机理,结合经典地表BPDF模型参数特点,提出了基于阴影方程和归一化植被指数的优化地表BPDF模型。利用航空辐射偏振遥感数据,验证了新模型的精度,相对于实测结果,平均相对偏差小于9.9%。与三种经典模型模拟结果相比,新模型值随不同观测角度变化时,其一致性很好。根据新模型精度,还模拟了地表偏振反射率偏差与气溶胶光学厚度反演误差的关系,发现地表偏振反射率偏差为4×10-4时,带来反演气溶胶光学厚度误差小于0.03,满足气溶胶偏振反演应用要求。