2012—2016年可见光红外成像辐射仪（VIIRS）海表面温度产品精度检验分析

本研究以2012—2016年5 a间的可见光红外成像辐射仪（VIIRS）海表面温度（SST）产品为研究对象，利用Argo浮标为主要验证数据、MODIS Terra和MODIS Aqua SST为辅助验证数据，从时间尺度和空间尺度进行检验对比分析，结果表明：VIIRS SST与Argo浮标白天的平均偏差为-0.015 5℃，标准偏差为0.514 0℃；夜间平均偏差是-0.221 4℃，标准偏差是0.418 9℃，白天平均偏差较夜间更接近Argo浮标的观测结果；VIIRS SST在白天和夜间偏差均是夏季大于冬季；白天VIIRS SST在近赤道太平洋海域、近赤道印度洋海域要高于浮标观测的海温，夜间这些地区总体要低于浮标值，白天和夜间标准偏差空间分布差异较小；与MODIS Terra和MODIS Aqua SST月平均偏差对比显示，夏季在南半球VIIRS较MODIS Terra SST偏暖强度减弱，冬季VIIRS较MODIS Terra SST在北半球中高纬度海域偏冷；夏季部分海域VIIRS SST较MODIS Aqua偏低，冬季则是大部分海域VIIRS 低于MODIS Aqua SST。     

卫星遥感南海海表面日增温的时空变化特征

利用搭载在Aqua和Terra卫星上的MODIS(moderate resolution imaging spectroradiometer)、AMSR-E(advanced microwave scanning radiometer for the earth observing system)传感器测量反演的昼夜海表温度(SST),计算海表面日增温(sea surface diurnal warming),分析南海海表面日增温的短期和年变动特征。受观测平台过境时间、传感器测量SST方式、反演算法等影响,MODIS/Aqua计算的日增温幅度略大于AMSR-E/Aqua和MODIS/Terra,但在表征南海海表面日增温的时空分布特征以及变化趋势上三者并未见显著性差异。南海海表面日增温在时间分布上以冬季为最小,春季为最大;在空间分布上则是南部海域大于中部和北部海域,东部海域大于西部海域。春夏之交的吕宋海峡西北部尤其容易发生日增温事件。海表面日增温与太阳辐射、风速、云量等影响有关,其中风速与海表面日增温显著负相关。     

VIIRS在中国渤海的遥感反射率产品验证

采用星星交叉检验方法,比对了VIIRS和MODIS在中国渤海遥感反射率获取能力。由对比结果得出:在近岸海区VIIRS和MODIS观测能力相似,在浑浊水体VIIRS的遥感反射率高于MODIS。同时基于2012年9月辽东湾航次获取的现场遥感反射率数据对VIIRS在渤海海区的反演能力进行了星地检验。结果表明:VIIRS在中国近岸二类水体的反演效果较好,但出现了低估现象,在反演精度上,VIIRS卫星Rrs产品的反演误差远离近红外波段而增大,随水体悬浮颗粒浓度的增加而增大。     

Matlab环境下去除MODIS L1B数据的“蝴蝶结”效应

<正>MODIS,即中分辨率成像光谱仪,是对地观测系统EOS计划中重要的传感器之一。1999年12月发射的Terra卫星及2002年5月发射的Aqua卫星都搭载有MODIS传感器。以HDF格式存储的MODIS LIB数据提供了多达36个波段的数据。这些数据可用于陆地、海洋、大气等方面的研究。     

丹东附近海域海雾的特征及其海洋、大气背景条件分析

使用常规气象观测资料、NOAA-17及EOS/MODIS卫星遥感影像资料分析了37个海雾个例,揭示了丹东附近海域海雾的统计规律和海雾形成的大气、海洋背景条件。     

基于MTSAT卫星的我国东部沿海雾区的自动识别

本文综合运用可见光反射率阈值法,3×3像元空间一致性检测法,红外亮温阈值法及双通道差值法,建立全天候海雾遥感监测算法,并利用MTSAT卫星资料,对2006年4～5月间我国东部沿海海雾进行个例监测试验,并进行卫星图象的目视真实性检验.监测结果表明,该方法能较好地实现云雾自动分离.在夜间,能有效分离低层云雾和晴空像元;当出现逆温雾时,雾仍可以被有效地判识出来.     

MODIS和GOCI卫星遥感反射率产品在浑浊海区交叉检验分析

对Geostationary Ocean Color Imager(GOCI)和Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer(MODIS)传感器在中国渤海辽东湾海区的卫星大气校正算法开展评估工作。主要对比了GOCI和MODIS的412 nm,443 nm,488 nm,547 nm,678 nm波段的遥感反射率(Remote Sensing Reflectance:Rrs)。结果表明:GOCI的去云算法较严格,在卫星有效数据覆盖率方面差于MODIS;遥感反射率产品比对结果表明:GOCI和MODIS的遥感反射率产品有较好的线性相关,且GOCI反演值大于MODIS反演值;分区域的对比结果表明,MODIS和GOCI的遥感反射率差异随着水体的浑浊度增加而增大,GOCI需要开发适用于近岸水体的大气校正算法。     

基于Himawari-8数据的夜间海雾识别

海雾是一种发生在海面的灾害性天气现象,掌握海雾的分布与生消变化,能有效地减少海雾带来的危害。卫星遥感观测具有近实时、大范围覆盖、连续观测等特点,特别是高时间分辨率的静止卫星观测系统,能够对海雾的发生?发展?消亡过程进行动态跟踪观测。本文以2018?2019年黄、渤海发生的海雾事件为样例,利用日本静止气象卫星Himawari-8（H-8）红外辐射数据,分析海雾的多通道红外亮温辐射特性,通过不同波段差和波段比组合,定义海雾和晴空水体分离指数、海雾和一般云系分离指数、多通道亮温差斜率指数以及中红外亮温纹理指数,提出基于多指数概率分布的夜间海雾监测算法;算法分别应用于H-8和韩国静止气象卫星GEO-KOMPSAT2A（GK-2A）数据,对2020年2?6月发生的6次海雾事件多时次卫星观测识别出的海雾位置分布和覆盖面积进行对比实现互验证,结果表明,本文提出的夜间海雾监测算法能有效地实现夜间海雾的识别;选择2020年4月29日夜间H-8和GK-2A 每10 min一次连续观测数据的监测结果,对海雾的发生区域进行跟踪分析,清晰地展现出此次海雾事件的发生、发展演变过程,说明算法能清楚地监测出各时段海雾的分布,跟踪海雾的发展变化,可为海上大雾的防灾减灾提供科学依据和决策基础。     

基于卷积神经网络的西北太平洋夜间海雾/低云卫星检测方法研究

使用Himawari-8静止卫星数据,基于CALIPSO卫星云底高度结合云雾水平均匀性特征提取海雾/低云标签,并使用全卷积神经网络与全连接条件随机场相结合的模型(Fully Convolutional Network and Conditional Random Field,FCN-CRF),提出一种夜间海雾/低云卫星检测方法。经过建立与训练模型,使用CALIPSO卫星的海雾/低云观测检验FCN-CRF模型和双通道差值法的结果。FCN-CRF模型表现良好,其检出率(probability of detection,POD)为0.611,虚警率(false alarm ratio,FAR)为0.174,临界成功指数(critical success index,CSI)为0.541,Hanssen-Kuiper技能分数(Hanssen-Kuiper Skill Score,KSS)为0.436,Heidke技能分数(Heidke Skill Score,HSS)为0.577,整体优于双通道差值法。     

多传感器水色卫星数据融合在提高观测数据质量中的作用

多传感器水色卫星融合对于提高水色数据时空覆盖率和可靠性具有重要的意义。利用MODIS、MERIS和VIIRS多传感器水色卫星融合数据与时空匹配的现场实测数据进行对比,分析了两种融合方法(平均法和基于最优化技术的光学融合算法)在提高观测数据质量中的作用。结果表明,与现场实测数据对比,MERIS传感器测量的平均绝对百分比误差(MAPE)为18.5%,MODIS传感器的MAPE为13.4%,VIIRS传感器的MAPE为18.2%,平均法融合产品的MAPE为12.8%,基于最优化技术的光学融合产品的MAPE为9.6%,说明两种融合算法都能降低测量误差,通过数据融合可以显著地提高数据质量,其中基于最优化技术的光学融合法性能更优。     

VIIRS和AVHRR海表温度场空间精细度估算

对上层海洋次中尺度过程研究至关重要的卫星海表温度(Sea Surface Temperature, SST)场的空间精细度一直未受到足够重视。由于卫星SST产品反演噪声的影响和实测数据的缺乏等原因,目前对卫星SST场空间精细度的研究受到较大限制。本研究开发了一套估算卫星SST场空间精细度的方法,将Suomi National Polar-orbiting Partnership卫星Visible Infrared Imager Radiometer Suite(Suomi-NPP/VIIRS)和NOAA-15卫星Advanced Very High Resolution Radiometer(NOAA-15/AVHRR)Level-2 SST场的空间能量谱与长时间在同一航线反复观测的高空间分辨率实测海温数据的空间能量谱进行了比较。研究发现VIIRS SST场夜间沿扫描方向在1.5～50 km尺度对海表温度空间能量的分布特征和变化趋势描述准确,日变化导致VIIRS白天场次中尺度空间谱能量相对夜晚有所增加。AVHRR SST场空间谱能量在次中尺度相比VIIRS有较大升高。     

基于20年卫星遥感资料的黄海、渤海海雾分布季节特征分析

目前对海上雾分布的认识多基于沿岸测站和海上船舶、浮标观测,但这些数据非常稀少,且存在代表性和数据质量方面的问题,因此一直缺乏对海雾分布更全面、清晰的了解。卫星遥感数据空间均一、覆盖范围广、质量一致,具有对无云条件下大范围、离岸海雾监测的优势。本文通过分析算法检测出的1989-2008年黄渤海海雾及云的频数、分布百分率信息,得到了黄渤海海雾季节变化的较全面特征。除印证其他资料或研究的结论外,还发现:(1)黄海海雾频数随季节变化的幅度较渤海明显;(2)黄海、渤海海域存在冬季海雾多发时段;(3)海雾生消过程中有覆盖区变化的东传特征;(4)春夏雾季中存在黄海中部和西朝鲜湾两处海雾多发区,其中西朝鲜湾也是全年海雾最多的海域。另外,在样本充足的情况下,通过对检测出的低云、中高云覆盖百分率和海雾频数的分析统计,还能估算出黄海、渤海部分季节20年海雾发生的平均概率。     

基于志愿观测船舶和浮标数据的SST日产品质量评价研究

选用浮标、志愿观测船舶(VOS)数据作为验证数据对MODIS Aqua,MODIS Terra,AVHRR-OI,OSTIA和RTG五种SST日产品进行了时相差异、近海SST偏差和SST偏差区域整体差异分析的质量评价,以期为日产品的后续应用提供依据。结果表明:不同分析方案得到结论基本一致,在时相差异方面,各季节及年度分析显示各日产品优劣特性相近,其中AVHRR-OI最优(年数据分析回归系数为0.973 6,R2为0.976 0,RMSE为0.71℃),RTG、MODIS Aqua和MODIS Terra次之,OSTIA最差(年数据分析回归系数为0.945 4,R2为0.943 7,RMSE为1.08℃);在近海区域,AVHRR-OI比其他日产品能更真实地反映海表温度状况,OSTIA最差(二者Grade分别为30和13);在海洋表面区域整体特性方面,AVHRR-OI日产品质量在研究区海域存在更少的高正值和低负值,且均值和RMSE也更理想(最低仅分别为0.40和0.59℃);而RTG和OSTIA则差于AVHRR-OI。     

夏季北极海冰表皮温度实测资料与MODIS产品的对比分析

Ship-borne infrared radiometric measurements conducted during the Chinese National Arctic Research Expedition(CHINARE) in 2008, 2010, 2012, 2014, 2016 and 2017 were used for in situ validation studies of the Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer(MODIS) sea ice surface temperature(IST) product.Observations of sea ice were made using a KT19.85 radiometer mounted on the Chinese icebreaker Xuelong between July and September over six years. The MODIS-derived ISTs from the satellites, Terra and Aqua, both show close correspondence with ISTs derived from radiometer spot measurements averaged over areas of 4 km×4 km, spanning the temperature range of 262–280 K with a ±1.7 K(Aqua) and ±1.6 K(Terra) variation. The consistency of the results over each year indicates that MODIS provides a suitable platform for remotely deriving surface temperature data when the sky is clear. Investigation into factors that cause the MODIS IST bias(defined as the difference between MODIS and KT19.85 ISTs) shows that large positive bias is caused by increased coverage of leads and melt ponds, while large negative bias mostly arises from undetected clouds. Thin vapor fog forming over Arctic sea ice may explain the cold bias when cloud cover is below 20%.     

HY1C/1D海表温度对Terra/Aqua产品的可替代性分析

通过卫星遥感获取的海表温度（SST）产品已经成为海洋和大气研究中的重要数据源,我国海洋水色遥感卫星（HY1C和HY1D）的海洋水色水温扫描仪（COCTS）具有两个热红外通道,可反演全球SST遥感产品。对比Terra和Aqua卫星的中分辨率成像光谱仪（MODIS）的SST产品,分析COCTS海表温度产品对MODIS相应产品的可替代性。比较了两种卫星的全球SST单日和月平均融合产品的图像空间结构,分析了匹配像元SST值的离散度,统计了HY1C/1D的误差结果,讨论了HY1C与HY1D产品的一致性、不同质量控制方案对SST产品影响以及遥感产品质量对昼夜SST变化研究影响等问题。结果表明,以2020年6月SST(Terra)为真值,HY1C白天SST的单日全球遥感产品的平均偏差、绝对偏差、均方根误差和相关系数分别为0.04℃、0.60℃、0.78℃和0.98,夜晚SST的单日全球遥感产品的平均偏差、绝对偏差、均方根误差和相关系数分别为-0.16℃、0.78℃、0.95℃和0.86。以2020年6月SST(Aqua)为真值,HY1D白天SST的单日全球遥感产品的平均偏差、绝对偏差、均方根误差和相...     

基于客观分析的多源卫星叶绿素a浓度产品融合方法研究

本文基于Aqua/MODIS、Terra/MODIS和Envisat/MERIS多源卫星叶绿素a浓度产品,研究了客观分析融合方法,制作了西北太平洋海域(0°~50°N,100°~150°E)叶绿素a浓度融合产品,并从有效数据空间覆盖率和产品精度两个方面对融合方法进行了评价。与单传感器以及欧洲太空局发布的GSM模型业务化融合产品相比,客观分析融合产品空间覆盖率明显提高;与收集的2002-2012年间叶绿素a浓度实测数据比较,GSM模型业务化融合产品的匹配数据点为578个,偏差为-0.20 mg/m3,均方根误差为0.37 mg/m3,客观分析法融合产品的匹配数据点为1432个,偏差为-0.21 mg/m3,均方根误差为0.36 mg/m3。结果表明:本文研究的客观分析融合方法在保证融合产品精度的同时可显著提高产品的空间覆盖率,在海洋水色融合应用前景广阔。     

基于CALIOP数据的海雾检测方法研究

提出了一种基于星载激光雷达CALIOP数据检测海雾的方法。通过对比分析不同条件下低云和低空气溶胶的衰减后向散射特性,以及研究CALIOP海表误判区的衰减后向散射特性,发现了海表误判区其实是一种与海表相接的云,即海雾。继而,通过反演海表误判区的消光系数和能见度,发现98%以上海表误判区的消光系数低于1km,对该方法进行了检验验证。本文所提出的海雾检测方法丰富了海雾案例选取途径,拓展了海雾样本点来源,对研究海雾特性具有积极意义。     

MODIS多光谱信息在海上溢油检测中的应用

利用搭载在EOS-Aqua/Terra卫星上的MODIS数据,对长江口溢油、委内瑞拉的马拉开波湖溢油等4次事故进行光谱分析和研究.在对出事海域的卫星数据进行图像处理的基础上,利用MODIS数据的多光谱信息,分析溢油在各个波段的特征,并确定油膜特征比较明显的波段范围,为可见光/近红外卫星监测溢油提供参考.     

低云在不同季节对东海黑潮海洋锋响应的个例研究

本文采用高分辨率的CALIPSO(Cloud-Aerosol Lidar and Infrared Pathfinder Satellite Observations)卫星资料,结合欧洲中心的再分析资料,在东海黑潮区域分别选取冬、春、夏季的典型个例,对比分析层积云、层云、海雾3种边界层云。分析结果显示,层积云发生在高空槽后,云顶1.2~2.5km,云底0.7~2km,云顶平滑度差,海气界面不稳定,地表偏北风,边界层不稳定,底层混合均匀,云层上方有逆温层存在;层云发生在高空槽前,伴有强烈冷平流,位于地面低压前部,云顶高度300~700m,较平滑,云底不接地,海气界面稳定,地表南风,边界层稳定,有不接地逆温,云区无下沉运动;海雾发生在高空槽后,低层有暖平流,地面位于高压中心,雾顶小于700m,底部接地,雾顶最为平滑,海气界面稳定,地表南风,风速很小,边界层稳定,逆温层很低,并伴有强烈下沉运动,地表相对湿度大于90%。黑潮锋通过影响海气边界层,进而影响低云的高度、形态等特性,三种低云高度自南向北均逐渐下降,在SST大梯度区有突变,海雾与低云性质相似,在一定条件下可以相互转化。     

CALIOP、CPR数据在探测海雾中的应用

海雾是影响海上活动的重要因素,对海雾进行检测对于人们的海上运输、科研等具有重要意义。本文采用同步匹配的CALIOP(Cloud-Aerosol Lidar with Orthogonal Polarization)和CPR(Cloud Profiling Radar)资料以及MODIS(Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer)数据对25°N～42°N、118°E～128°E东中国海区域2007—2016年10年间60次海雾案例进行了观测对比和分析研究。采用CPR数据进行了云分类分析,给出了CPR数据资料检测海雾的方法。对于存在高空多层云或厚云遮挡的海雾,以及低空厚云/雾的检测,分析了采用CPR和CALIOP数据的优缺点。研究表明,CPR海雾探测可作为CALIOP海雾探测的补充,二者结合有较强的互补性,对于海雾遥感检测具有一定的实际应用意义。