FY-2D静止气象卫星OLR反演模式

介绍FY-2D卫星OLR反演模式的建立过程以及模式与NOAA卫星OLR反演模式的相互对比,包括:地球大气红外辐射传输方程,全球3812条大气廓线的大气顶射出辐射率、射出长波辐射通量密度的模拟计算,3812条廓线FY-2D窗区通道1、2、水汽通道的通道辐射率模拟计算,通道辐射率的临边变暗订正关系式的确立、3个通道波段的窄波段辐射通量密度的模拟计算.通过3812条廓线的窄波段辐射通量密度与OLR的X-Y坐标散点图,建立OLR回归关系式;并通过NOAA-17 AVHRR通道5 OLR反演模式与FY-2D窗区通道2 OLR反演模式形式的互比,得出两星的OLR反演模式接近,给出2007年2～4月OLR产品个例和产品精度分析.     

改进的FY-3B/VIRR OLR反演模式及其应用效果

FY-3B卫星VIRR仪器的向外长波辐射(outgoing long-wave radiation,OLR)产品处理采用与NOAA/AVHRR相同的算法模型,即用窗区通道亮温-通量等效亮度温度的回归关系式计算OLR,但两星的OLR业务产品与目前国际质量最好的云和地球辐射能量系统(cloud and earth’s radiant energy system,CERES)仪器观测OLR产品相比,存在约10 W·m~(-2)的系统负偏差。FY-3B的原因在于OLR反演模式建立过程中红外辐射传输计算软件的精度不够。鉴于此,本文采用美国21世纪开发的逐线辐射传输模型计算软件(LBLRTM),模拟计算了全球2521条大气廓线的大气顶辐射率光谱,在此基础上计算了每条廓线的OLR和FY-3B/VIRR窗区通道亮温,应用最小二乘法统计回归模拟数据,重新建立了由FY-3B/VIRR窗区通道亮温计算OLR的回归关系式及系数。模式应用于FY-3BL1级数据,处理2016年1,3,7和10月的FY-3B逐日全球OLR资料,该资料与AQUA-TERRA卫星的CERES仪器OLR观测产品相比,得到日平均OLR:RMSE=9~15 W·m~(-2),R=0.9834,Bias=-0.3W·m~(-2);月平均OLR:RMSE=4~7W·m~(-2),R=0.9915,Bias=-0.3W·m~(-2),表明改进的模式能处理出无系统偏差的、精度基本与CERES观测相当的OLR产品,尽管单通道反演算法有着固有的模式回归误差。     

FY 2D静止气象卫星OLR反演模式

介绍FY2D卫星OLR反演模式的建立过程以及模式与NOAA卫星OLR反演模式的相互对比,包括：地球大气红外辐射传输方程,全球3812条大气廓线的大气顶射出辐射率、射出长波辐射通量密度的模拟计算,3812条廓线FY2D窗区通道1、2、水汽通道的通道辐射率模拟计算, 通道辐射率的临边变暗订正关系式的确立、3个通道波段的窄波段辐射通量密度的模拟计算。通过3812条廓线的窄波段辐射通量密度与OLR的XY坐标散点图,建立OLR回归关系式;并通过NOAA17 AVHRR通道5 OLR反演模式与FY2D窗     

从FY-4静止气象卫星估算晴空地表下行长波辐射通量的反演模式

通过红外辐射传输模拟,计算了446183条全球晴空大气廓线的地表下行长波辐射通量以及FY-4成像仪通道亮温,应用统计回归分析模拟结果,建立了通道亮温与低层大气有效辐射温度的回归关系、大气柱总可降水量与低层大气比辐射率的回归关系,依据黑体辐射定律建立了由卫星观测估算地表下行长波辐射通量的反演模式。初步地,模式应用于FY-4成像仪代理资料Meteosat-8卫星的SEVIRI（Spring Enhanced Visible and Infared Imager）仪器观测数据,估算了2006年8月1日00:00（协调世界时,下同）、06:00、12:00、18:00地理范围在（45°S～45°N,45°W～45°E）的地表下行长波辐射通量,结果与用ECMWF 6 h预报场资料经验计算的通量相比,系统均方根误差（RMS）依次为12.1、13.0、20.7、12.5 W/m2,相关系数分别为0.9256、0.9291、0.9042、0.9325,相比于GOES-R同类产品（RMS=13.7 W/m2）,这一直接把卫星通道亮温与低层大气温度相联系的反演模式,其精度性能达到了应用研究对其反演产品的质量要求。     

基于FY-3/IRAS利用非线性模式反演OLR

FY-3系列卫星星载IRAS仪器设有26个通道,其中20个通道用于探测地球大气在红外波段的热辐射,通道辐射率代表了地球大气系统在大气顶的向外辐射光谱信息,与总波段的射出长波辐射（OLR）通量相关性高。该文基于逐线辐射传输模式计算软件LBLRTM对全球2521条大气廓线的大气顶射出辐射率模拟数据,计算了每条廓线的OLR和FY-3B/IRAS,FY-3C/IRAS通道辐射率,用统计回归方法建立了利用IRAS的多通道辐射率计算OLR的非线性理论回归模式;应用模式和FY-3B/IRAS,FY-3C/IRAS的L1级数据,处理得到2016年4月1-30日的全球日平均、月平均OLR格点产品。与Aqua/CERES,Terra/CERES仪器宽波段观测OLR产品对比表明:对于水平分辨率为1°×1°的全球月平均OLR格点产品,均方根误差为2.22 W·m-2,相关系数为0.9982 W·m-2,平均偏差为-0.2 W·m-2,表明FY-3/IRAS仪器定标及反演模式均达到较高水平。文中还回顾了历史上不同气象卫星的多种OLR反演算法模式,并对不同模式精度进行了比较。     

静止和极轨卫星陆表温度产品的改进方法

针对天气、气候和生态环境监测对较高空间分辨率静止气象卫星陆表温度及全天候极轨卫星陆表温度的需求,分别发展静止气象卫星陆表温度空间降尺度和极轨气象卫星陆表温度云下重构算法,并对其进行改进处理。其中,静止气象卫星陆表温度空间降尺度模型充分利用静止气象卫星高时频和多光谱观测的优势,基于同一卫星同一遥感器所观测的陆表温度和相关通道亮度温度的日变化特征建立非线性统计回归模型,同时考虑下垫面类型的影响,方法应用于我国静止气象卫星风云四号A星(Fengyun-4A,FY-4A)先进的静止轨道辐射成像仪(advanced geosynchronous radiation imager,AGRI)陆表温度的降尺度,结果表明,所发展的降尺度模型不仅可以将FY-4AAGRI的陆表温度由4 km降尺度到2 km,而且可以较好保持降尺度前陆表温度精度,降尺度前后陆表温度均方根误差最大为1.35 K。极轨气象卫星陆表温度云下重构则发展了DINEOF模型,并基于土地利用数据(Land-Use,LU)进行结果的二次订正,实现极轨气象卫星陆表温度的全天候获取,方法应用于极轨气象卫星FY-3D中等分辨率光谱成像仪(med...     

利用分裂窗算法反演陆地表面温度的研究进展

本文以LST反演的分裂窗算法作了回顾和比较，LST反演的分裂窗算法最一般的形式是Ts=T4 A(T4-T5) B,其中Ts是陆地表面温度，T4和T5分别是AVHRR分裂窗通道4和5的亮温度，A和B是由大气、观测角及地表辐射率所决定的系数，不同的算法其系数的确定有很大的不同，地表比辐射率的确定是LST反演中的主要难点，目前也有多种方法来确定地表比辐射率值，最后本文还指出了目前在LST反演中存在的局限性。     

应用FY-1D气象卫星监测雾

简要介绍了FY-1D气象卫星的特点。利用典型的FY-1D资料,通过直方图分析法,探讨了雾在FY-1D不同通道的光谱特征。分析结果表明,可见光通道1和红外通道4是FY-1D卫星监测雾的代表通道。通道1图像上,雾的反照率在20%～48%之间,且纹理均匀,顶部光滑,边缘清晰,而通道4图像上,雾的亮温在272～289K之间,与地表温差不超过6K。     

用FY-2C静止气象卫星资料计算射出长波辐射通量密度

介绍用FY-2C静止气象卫星资料估算射出长波辐射(OLR)的方法,包括FY-2C OLR反演模式的建立、由FY-2C窗区通道1、窗区通道2、水汽通道遥测数据计算OLR的详细步骤;给出了FY-2C OLR产品的精度:与相近时刻的NOAA卫星OLR产品相对比,两颗星OLR产品的等值线图基本完全一致,图上绝大部分偏差0~10 W/m,最大偏差20 W/m;并给出了FY-2C OLR产品的实例及其初步应用。     

基于MODIS数据的金塔绿洲地表温度反演

地表温度(LST)是气象、水文、生态等研究领域中的一个重要参数.本文对MODIS数据的分裂窗算法进行了简要的介绍,并利用MODIS数据计算反演了地表温度所需的关键参数:大气透过率和地表比辐射率,然后运用分裂窗算法反演了金塔绿洲地区的地表温度,并与地面实测数据进行了对比分析.结果表明,这一方法能获得较合理的地表温度,符合金塔绿洲的实际地表状况.     

风云三号气象卫星数据传输体制分析

风云三号气象卫星 (FY-3) 是我国的新一代太阳同步轨道气象卫星, 其星-地数据传输体制采用了国际空间数据系统咨询委员会 (CCSDS) 推荐使用的先进在轨系统 (AOS) 规约和数据结构, 采用R-S编码和卷积编码级联的编码方式, 使用了L波段和X波段同时广播的方式。该文分析了FY-3星地数据传输体制, 将FY-3的传输体制与国外同类卫星传输体制进行了比较分析, 给出了FY-3的传输体制与风云一号 (FY-1) 的差别, 在此基础上提出了我国下一代气象卫星地面站建设的基本策略。     

FY-3A陆表温度反演及高温天气过程动态监测

采用FY-3A/VIRR数据,利用Becker局地分裂窗改进算法反演得到逐日陆表温度 (LST), 对2009年一次高温天气过程进行动态监测, 并分析不同下垫面的热环境变化。结果显示:此过程中可见光红外扫描辐射计 (VIRR) 陆表温度产品在敦煌辐射校正场地两次验证的误差为-0.17 K和1.77 K,与同时间过境的MODIS产品均方根误差为2.64 K,直方图对比陆表温度的频数分布基本一致;对高温天气过程监测发现,此次出现以华北的石家庄、郑州、北京等地和西北地区东部的西安等地为中心的两个陆表温度高值区, 部分地区达到了320.2 K以上;城市剖面资料证实城市热岛现象存在,并发现工矿用地的热岛效应不容忽视,主要是大面积的工矿用地周围植被破坏严重,地表增温更为显著。     

A modified Becker’s split-window approach for retrieving land surface temperature from AVHRR and VIRR

In order to provide a long time-series,high spatial resolution,and high accuracy dataset of land surface temperature(LST) for climatic change research,a modified Becker and Li’s split-window approach is proposed in this paper to retrieve LST from the measurements of Advanced Very High Resolution Radiometer(AVHRR) onboard National Oceanic and Atmospheric Administration(NOAA)-7 to-18 and the Visible and InfraRed Radiometer(VIRR) onboard FY-3A.For this purpose,the Moderate Resolution Transmittance Model(MODTRAN) 4.1 was first employed to compute the spectral radiance at the top of atmosphere(TOA) under a variety of surface and atmosphere conditions.Then,a temperature dataset consists of boundary temperature T s(which is one of the input parameters to MODTRAN),and channels 4 and 5 brightness temperatures(T 4 and T 5) were constructed.Note that channels 4 and 5 brightness temperatures were simulated from the MODTRAN output spectral radiance by convolving them with the spectral response functions(SRFs) of channels 4 and 5 of AVHRRs and VIRR.The coefficients of modified Becker and Li’s split-window approach for various AVHRRs and VIRR were subsequently regressed based on this temperature dataset using the least square method.As an example of validation,one AVHRR satellite image over Beijing acquired at 0312 UTC 27 April 2008 by AVHRR onboard NOAA-17 was selected to retrieve the LST image using the modified Becker and Li’s approach.The comparison between this LST image and that from the MODIS level-2 LST product provided by the University of Tokyo in Japan indicates that the correlation coefficient is 0.88,the bias is 0.6 K,and the root mean square deviation(RMSD) is 2.1 K.Furthermore,about 70% and 37% pixels in the LST difference image,which is the result of retrieved LST image from AVHRR minus the corresponding MODIS LST image,have the values within ± 2 and ± 1 K,respectively.     

从Himawari08卫星估算晴空地表长波辐射及其日变化特征初探

通过446183条全球晴空大气廓线的红外辐射传输模拟和统计回归,建立了由Himawari08成像仪通道遥测数据估算晴空地表上行、下行长波辐射通量的反演模式,模式应用于成像仪观测资料,处理出晴空地表上行、下行长波辐射通量实时产品,2016年2~6月的产品精度验证试验结果为:与相同时刻的AQUA卫星CERES仪器同类产品相比,地表上行通量均方根误差R_e=7.9 W/m2,相关系数R=0.9399,地表下行通量R_e=14.5 W/m2,R=0.9586;与由中国地面气象站地面气温和相对湿度观测经Brunt、Brutsaert经验公式计算的实时地表下行长波辐射通量相比,R_e=15.34 W/m2,R=0.8786;与用陆表温度计算的地表上行长波辐射通量相比,R_e=12.6 W/m2,R=0.9977。研究了2016年2、6月的晴空地表长波辐射产品,发现陆地晴空上、下行通量有着与太阳加热地表增温相应的明显日变化特征,峰值出现在12:00（当地时间,下同）至14:00,低谷出现在04:00至07:00,下行通量与上行通量几乎同步变化或约有延时,陆地上2个通量归一化的日变化指数类似一个半正弦曲线,而海面长波辐射通量则没有明显的日变化规律。     

A Modified Becker''s Split-Window Approach for Retrieving Land Surface Temperature from AVHRR and VIRR

In order to provide a long time-series, high spatial resolution, and high accuracy dataset of land surface temperature (LST) for climatic change research, a modified Becker and Li's split-window approach is pro- posed in this paper to retrieve LST from the measurements of Advanced Very High Resolution Radiometer (AVHRR) onboard National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA)-7 to -18 and the Visible and InfraRed Radiometer (VIRR) onboard FY-3A. For this purpose, the Moderate Resolution Transmittance Model (MODTRAN) 4.1 was first employed to compute the spectral radiance at the top of atmosphere (TOA) under a variety of surface and atmosphere conditions. Then, a temperature dataset consists of boundary temperature Ts (which is one of the input parameters to MODTRAN), and channels 4 and 5 brightness temperatures (T4 and T5) were constructed. Note that channels 4 and 5 brightness tempera- tures were simulated from the MODTRAN output spectral radiance by convolving them with the spectral response functions (SRFs) of channels 4 and 5 of AVHRRs and VIRR. The coefficients of modified Becker and Li's split-window approach for various AVHRRs and VIRR were subsequently regressed based on this temperature dataset using the least square method. As an example of validation, one AVHRR satellite image over Beijing acquired at 0312 UTC 27 April 2008 by AVHRR onboard NOAA-17 was selected to retrieve the LST image using the modified Becker and Li's approach. The comparison between this LST image and that from the MODIS level-2 LST product provided by the University of Tokyo in Japan indicates that the correlation coefficient is 0.88, the bias is 0.6 K, and the root mean square deviation (RMSD) is 2.1 K. Furthermore, about 70% and 37% pixels in the LST difference image, which is the result of retrieved LST image from AVHRR minus the corresponding MODIS LST image, have the values within ±2 and ±1 K, respectively.     

利用卫星微波观测亮温与云辐射模拟亮温的台风定位分析北大核心

极轨气象卫星S-NPP、MetOp-A和FY-3B上搭载的微波湿度计观测资料可以反映出台风周围水汽和云雨结构。本文使用权重函数峰值在800 hPa附近的微波湿度计通道观测资料和ERA5再分析资料全天空模拟亮温,以飓风Sandy和Isaac为例,对用方位谱台风中心位置定位方法得到的观测和模拟中心位置进行了比较。利用下午星S-NPP搭载的先进技术微波探测仪(Advanced Technology Microwave Sounder,ATMS)和上午星MetOp-A搭载的微波湿度计(Microwave Humidity Sounder,MHS)观测亮温得到的飓风Sandy(Isaac)中心位置与最佳路径平均相差35.8 km(32.9 km),但用ERA5全天空模拟亮温得到的飓风Sandy(Isaac)中心位置与最佳路径平均相差73.3 km(82.1 km)。若按照热带风暴和台风等级来划分,ATMS和MHS观测和模拟亮温得到的台风中心位置与最佳路径的平均距离对热带风暴分别是36.5 km和105.9 km,对台风分别是25.8 km和56.4 km。若用FY-3B搭载的微波湿度计(以MWHS表示)替换ATMS,所得结果类似。ERA5作为全球大气再分析资料的典型代表,用方位谱台风中心位置定位方法得到的台风中心位置误差较大的原因是ERA5再分析资料全天空模拟亮温在台风中的分布结构与观测亮温相差较大,而模拟亮温与冰水路径分布结构极为相似。研究对台风数值预报中的全天空模拟亮温资料同化具有一定的参考意义。     

基于多源遥感数据的辽宁地表温度反演及空间分布研究

以辽宁地表温度为研究对象,采用普适性单通道算法,利用FY-3A/MERSI数据,并结合MODIS 1000 m分辨率数据,反演了2009年和2010年4-9月间10个时次晴空或局部晴空时的地表温度。结果表明：计算验证了模型的反演精度与同期NASA所发布MODIS地表温度产品的精度相当,其结果与相应的56个气象站点的实际观测数据相一致。多源遥感数据的综合应用,可获得较合理的地表温度反演结果;不同土地覆盖类型间地表温度的高低在相同时间内存在显著差异;研究期内,林地、水田、旱地和建设用地的NDVI与地表温度具有负相关性。综合利用遥感、地理信息系统技术,可以表征地表温度与土地利用类型以及地表温度与归一化植被指数(NDVI)之间的关系。     

广域网加速在FY-3气象卫星数据传输中的应用

风云三号 (FY-3) 极轨气象卫星数据传输系统需通过广域网链路,将海量卫星观测数据从卫星接收站快速传送到资料处理中心。该文研究广域网加速技术,解决广域网链路中传输气象卫星海量观测数据延迟高、带宽利用低等难题。文中针对FY-3气象卫星观测数据传输量大、时效要求高的特点,分别分析了数据压缩、数据缓存和协议优化3种不同加速技术对卫星数据的传输优化效果,并根据分析结果提出了一种适用于气象卫星数据的广域网传输加速架构。该架构结合3种不同加速技术设计了TCP代理模块、数据段索引模块和HS-TCP传输模块以及相应算法分别实现了数据压缩与缓存和协议优化等功能。通过测试和实际运行表明:在该加速架构下卫星数据广域网传输速率提高了50%~243%。