东南亚海域HY-1C SST数据评估与校正

海洋一号C卫星（HY-1C）是服务于海洋水色水温、海岸带和海洋灾害与环境监测的业务化应用卫星,是海洋遥感数据的重要来源,对中国HY-1C卫星红外辐射计在东南亚海域的SST观测数据开展评估与校正工作具有重要意义。本研究基于多源卫星SST数据和ARGO浮标测量温度数据,对中国HY-1C卫星在东南亚海域的SST数据进行了质量评估和改进工作。HY-1C SST数据的质量评估结果表明：HY-1C白天的平均偏差、标准差和均方根误差分别为–0.73℃、1.38℃和1.56℃,夜晚数据偏差分别为–0.95℃、1.57℃和1.83℃。与其他同类红外辐射计的数据质量对比发现HY-1CSST数据精度低于其他红外辐射计。采用月平均差值校正、SST分区域差值校正、SST分段校正3种校正方法对HY-1C SST数据质量进行改进,其中HY-1C SST分区域校正的质量提升最明显,标准差、均方根误差接近1℃,夜晚均方根误差比校正前降低了约0.8℃,白天和晚上均方根误差分别降低了32.52%和42.04%。     

台湾海峡MODIS遥感SST的初步验证

海表层温度（SST）是一个决定海气相互作用以及生物栖息条件适宜性的海洋环境关键参数,可以通过卫星遥感手段获取,对检验锋面多发、水文条件复杂的近岸区域卫星遥感SST产品的真实性,具有重要意义．本文采用大型海洋环境多层监测浮标获取的SST数据对台湾海峡MODIS遥感SST产品进行检验．结果表明,MODIS遥感与实测SST数据具有很好的一致性,两者的均方根误差为0．5l℃,平均偏差为一0．02℃,平均绝对偏差为0．42℃,相关系数为0．988;MODIS遥感与实测SST数据之间可能存在季节性差异,均方根误差以夏季最大．     

西北太平洋红外辐射计海表温度数据交叉比对分析

本文将西北太平洋海域作为研究区域,以2003—2009年的三个海表温度(sea surface temperature,SST)红外产品(AVHRR Pathfinder/NOAA,MODIS/Terra和MODIS/Aqua)为研究对象,分别与Argo浮标数据进行了真实性检验,同时红外产品之间也进行了交叉比对分析。通过评定产品间的差异及使用条件,为融合产品数据源选取和权重分配提供参考依据,用以提高融合产品的数据质量。结果表明,三种红外数据与Argo浮标的平均偏差在±0.2°C之间,均方根误差小于0.8°C,且存在明显的季节性变化,白天的平均偏差均是夏季为正、冬季为负,夜间的平均偏差基本均为负偏差,冬季比夏季的偏差更大,冬季的均方根误差较小;三种红外数据之间的平均偏差在±0.1°C之间,均方根误差小于0.6°C;三个红外产品在空间上均能反映西北太平洋海域的海表温度变化趋势,三个产品之间无明显优劣差异;尽管红外数据的空间覆盖率偏低,但是它提供了高精度和高特征分辨率的数据产品,并弥补了近岸海域缺乏观测数据的不足。     

HY-1C/D卫星中国海洋水色水温扫描仪几何定位方法

海洋一号C/D（HY-1C/D）卫星中国海洋水色水温扫描仪（Chinese Ocean Color and Temperature Scanner,COCTS）主要用于探测海洋水色、水温等要素,这些要素需要经过卫星资料处理才能获取,而几何定位是预处理的核心,直接影响这些要素的质量。COCTS具有114°视场角和四元逐点摆扫的特征,据此研究出一套完整的几何定位方法。从0级数据中提取卫星星历,利用插值法从中获取采样时间对应的卫星位置和速度,进而得到轨道（ORB）坐标系到地心旋转（ECR）坐标系的转换矩阵。基于四元逐点摆扫的特征,中心视矢量分别绕X轴、Y轴旋转相应角度,获得扫描行各采样点ORB视矢量,建立视矢量与地球交叉点关系模型,从而对根据波段数据绘制的遥感图像进行地理定位。本文使用插值法替代了传统需要6个轨道根数来计算卫星位置的复杂方法,同时直接计算ORB到ECR的转换矩阵,而不采用传统的两步转换方法。经过多组数据计算及定性定量验证,HY-1C/D COCTS几何定位结果一致;采样像元尺度效应导致从星下点到两侧边缘、从赤道到两极,误差逐渐增大,约在两个像元内。该方法满足一定的定位精度要求,可以用于COCTS的几何定位。     

MODIS月平均海面温度在太平洋的检验与在南海的应用

使用由我国投放的位于太平洋海域的ARGO浮标表屡温度数据,对相应时相和海区的MODIS月平均海洋表面温度(SST)产品进行检验,验证结果表明,MODIS月平均SST产品的均方根误差为0.78℃,平均偏差为-0.37 ℃,二者的相关系数为0.994 5,因此,使用MODIS月平均SST数据对我国南海表层水温年变化规律进行...     

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。     

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。     

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。     

多源星载辐射计SST数据对比分析

基于2018年4种红外辐射计(MODIS-Aqua,MODIS-Terra,VIIRS和AVHRR)的SST数据和3种微波辐射计(GMI,WindSat和AMSR2)的SST数据,分析了7种星载辐射计SST数据的全球覆盖情况,利用Argo数据对7种辐射计SST数据进行了真实性检验,并开展了微波产品、红外产品和Argo的交叉比对分析。结果表明:VIIRS SST数据的覆盖率、有效覆盖天数均高于MODIS-Aqua、MODIS-Terra和AVHRR;AMSR2微波辐射计SST数据的覆盖率和有效覆盖天数均高于GMI和WindSat;4种红外辐射计SST数据与Argo浮标数据的平均偏差在-0.27~0℃,均方根误差小于0.76℃,其中VIIRS数据质量最好;3种微波辐射计SST数据与Argo浮标数据的平均偏差在-0.04~0.22℃,均方根误差小于0.88℃,其中AMSR2绝对偏差、标准偏差和均方根误差均小于其他2个微波辐射计数据。AMSR2和VIIRS的SST数据交叉对比发现,AMSR2与APDRC Argo、VIIRS与APDRC Argo的平均偏差分别小于0.15和-0.20℃,标准偏差分别小于0.52和0.60℃;AMSR2与VIIRS平均偏差在-0.23~-0.10℃,标准偏差小于0.41℃,两者具有较高的一致性。     

利用卫星遥感进行海上透明云薄云的检测

海上透明云、薄云的存在,会在一定程度上影响利用卫星遥感进行定量化的水色(泥沙含量、叶绿素、海水透明度等)反演的精度,也会影响海温定量化产品的精度[1].因此,在卫星遥感中深入研究海上透明云薄云是进行水色质量控制的一个很重要的内容.本文针对目前的海洋一号卫星水色扫描仪(HY-1 COCTS)、EOS卫星中分辨率成像光谱仪(MODIS)和神舟三号飞船中分辨率成像光谱仪(SZ3-CMODIS)的遥感云检测方法进行了分析,提出了一种实用的海上透明云薄云检测算法,检测有效率在80%以上,最后给出了检测结果图例.     

Algorithm and validation of sea surface temperature observation using MODIS sensors aboard terra and aqua in the western North Pacific

A regional algorithm to estimate SST fields in the western North Pacific, where small oceanographic disturbance are often found, has been developed using Moderate Resolution Imaging Spectroradiometers (MODIS) aboard Terra and Aqua. Its associated algorithm, which includes cloud screening and SST estimation, is based on an algorithm for the Global Imager (GLI) aboard Advanced Earth Observing Satellite-II (ADEOS-II) and is tuned for MODIS sensors. For atmospheric correction, we compare Multi-Channel SST (MCSST), Nonlinear SST (NLSST), Water Vapor SST (WVSST) and Quadratic SST (QDSST) techniques. For NLSST, four first-guess SSTs are investigated, including the values for MCSST, climatology with two different spatial resolutions, and near-real-time objective analysis. The results show that the NLSST method using high-resolution climatological SST as a first-guess has both good quality and high efficiency. The differences of root-mean-square error (RMSE) between the NLSST models using low-resolution climatology and those using high-resolution climatology are up to 0.25 K. RMSEs of the new algorithm are 0.70 K/0.65 K for daytime (Aqua/Terra) and 0.65 K/0.66 K for nighttime, respectively. Diurnal warming and the stratification of the ocean surface layer under low wind are discussed.     

MODIS渤海海冰遥感资料反演

鉴于渤海海冰监测和预报对海冰卫星遥感数字化产品的迫切需求,本文利用MODIS的1B级数据进行渤海海冰参数反演,提供海冰遥感图像和海冰密集度、冰厚数值产品,作为渤海海冰监测和海冰数值预报初始场的重要信息来源,以及海冰预报质量检验的参考依据之一。反演结果表明,其各通道对海冰性质有很好的反映,资料信号比较稳定,对不同密集度和厚度的冰有较好的区分,相对NOAA/AVHRR和HY-1A资料有更好的实际应用价值;Terra/MODIS和HY-1A/COCTS海冰遥感反演结果对比也为HY-1A系列卫星海冰遥感的改进和提高提供有益的启示。     

Sub-Mesoscale Vortex Streets in the Region of the Shantar Islands (Sea of Okhotsk), According to Satellite Remote Sensing Data

Izvestiya, Atmospheric and Oceanic Physics - Images in the visible range of the MODIS Terra/Aqua and ETM+ Landsat 7/OLI Landsat 8 satellites are used to study vortex streets (VSes) in the region of...     

基于DINEOF的风云极轨气象卫星海表温度重构方法研究

海表温度是表征海洋表层热力状况的重要海洋参数,日均全天候覆盖的海温观测数据可为服务台风监测及其他海洋灾害时空演变的精细化预报提供数据支撑。可见光红外扫描辐射计和中分辨率光谱成像仪反演的海温产品具有较高的空间分辨率,但是红外遥感反演的海温产品受到云、雾和霾的影响,在云下存在大面积、无规律的缺值;微波辐射计反演的海温产品空间分辨率低,但可穿透云层,实现全天候海温观测。本文基于风云三号B、C、D三颗极轨气象卫星红外和微波遥感仪器反演的海温资料,利用经验正交函数插值法(DINEOF)重构得到全球海表温度产品。与全球分析场日平均海温OISST数据进行比较可知：原始海温资料的均方根误差为0.59~0.70℃,DINEOF重构后海温资料均方根误差降至0.10~0.34℃;相关系数从0.33~0.48提升到0.78~0.98。多传感器重构海温数据空间分布上连续可信,能够监测不同季节的海温变化特征及暖池空间模态。风云三号气象卫星微波遥感的加入显著提升了重构海温的空间连续覆盖率和时间分辨率。     

Investigation of the 2010 July–August fires impact on carbon monoxide atmospheric pollution in Moscow and its outskirts, estimating of emissions

We investigate the air pollution in the central European part of Russia during the 2010 summer fires. The results of ground-based (Institute of Atmospheric Physics (IAP), Moscow State University (MSU), and Zvenigorod Scientific Station (ZSS)) and satellite (MOPITT, AIRS, of Terra and Aqua satellites) measurements of the total content and concentration of carbon monoxide (CO), as well as MODIS data on the spatial and temporal distribution of forest and peat fires obtained from Terra and Aqua satellites, are presented. A comparison between similar situations in 2010 and 2002 revealed the causes of higher pollution levels in 2010. The use of trajectory analysis, detailed space imagery, and model calculations made it possible to reveal the location of peat fires and their contribution to the air pollution over the Moscow megalopolis. Fireemission estimates were obtained using two independent methods.     

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%.     

中国“海洋一号”卫星图像上的冯·卡门大气涡街现象与动力分析

利用中国"海洋一号(HY-1B)"卫星海洋水色水温扫描仪(COCTS)和美国Terra卫星中分辨率成像光谱仪(MODIS)等观测数据对2011年3月2日济州岛东南海域的冯·卡门(von Kármán)大气涡街现象进行了观测和动力分析。COCTS和MODIS观测得到大气涡街涡列距离和涡旋间距比(h/a)均值分别为0.32和0.35;在大气涡街发生海域存在低风速海面风涡旋和海面温度暖舌;济州岛的大气垂直结构存在一逆温层。利用COCTS和MODIS伪彩色合成图观测时间差异,计算得到涡旋移动速率为12.2 m/s,而分别利用它们各自的几何观测参数(h/a),结合涡街动力模型计算得到涡旋移动速率分别为12.8 m/s和12.3 m/s。利用上述观测结果计算得到大气涡街个例的脱落频率为1.24×10-4 s-1,脱落周期为134 min,其中雷诺数范围为60~75,涡街运动学黏性系数范围为2 200~2 750,弗劳德数为0.10,罗斯比数为0.43。分析结果表明中国"海洋一号"卫星数据可用于冯·卡门大气涡街等海洋大气现象的定量化研究。     

Algorithm for estimating sea surface temperatures based on Aqua/MODIS global ocean data. 1. Development and validation of the algorithm

An algorithm for estimating global sea surface temperatures (SST) from data obtained from the Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) aboard the Aqua satellite has been developed empirically. Four atmospheric correction models for MODIS observations are examined, and the effects of ancillary data for corrections are discussed. A nonlinear (NLSST) model using high-temporal-resolution climatological SSTs as the first guess shows high accuracy and availability. The addition of a temperature-proportional term to the NLSST model effectively improves the estimate.     

利用南极走航观测评估卫星遥感海表面温度

利用1989-2005年间南极走航观测的海表面温度,对目前3个主要的卫星反演的SST产品AVHRR(Advanced Very High Resolution Radiometer),TMI(TRMM Microwave Imager)和AMSR-E(Advanced Microwave Scanning Radiometer for the Earth Observing System)进行了较为系统的评估,并着重检验了它们在南大洋的准确性.结果表明,AVHRR SST比观测数据偏冷,白天的偏差为-0.12℃,夜晚的偏差为-0.04℃,而且南大洋的冷偏差更为显著.TMI SST比观测数据明显偏暖,白天的偏差为0.48℃,夜晚的偏差为0.57℃,其温差ΔT受37GHz风速影响,在强风速(>6m/s)下这种影响仍然存在.AMSR-ESST比观测数据偏暖,白天的偏差为0.34℃,夜晚的偏差为0.27℃,而且南大洋的暖偏差相对较大.AMSR-E SST温差受水汽影响,并在南大洋随着水汽的增加而增加.通过进一步比较微波(AMSR-E和TMI)和红外(AVHRR)遥感的SST在2004年北半球冬季(即南半球夏季)的差别,发现微波遥感在热带(15°S-15°N)和南大洋区域(45°S以南)比红外遥感偏暖,而且在南大洋区域的偏差相对较大,相反在北半球中纬度区域(15°~40°N)偏冷.AMSR-E与AVHRR SST的温差,从白天到夜晚有减小的趋势,而TMI与AVHRR SST的温差无明显的变化.