FY-3D/MWRI L1B亮温LST反演与降尺度研究

基于2020年2月1日FY-3C VIRR LST和FY-3D MWRI L1B亮温数据,以18°～54°N,73°～135°E的区域为样例区,利用统计回归模型和层次贝叶斯融合模型,分别进行FY-3D MWRI L1B LST反演和降尺度研究,构建了基于FY-3D单频率水平和垂直极化亮温的LST二元线性回归反演模型及基于FY-3D反演LST和FY-3C VIRR LST的层次贝叶斯融合降尺度模型,并以MYD11A1 day LST为参考数据进行了验证。结果表明:反演统计模型,对于FY-3D降轨数据,平均偏差-1.28 K,误差标准差8.85 K,均方根误差8.85 K,对于FY-3D升轨数据,平均偏差-0.81 K,误差标准差6.74 K,均方根误差6.78 K;层次贝叶斯融合降尺度模型,对于FY-3D降轨数据,平均偏差0.50 K,误差标准差5.45 K,均方根误差5.41 K,对于FY-3D升轨数据,平均偏差0.25 K,误差标准差5.54 K,均方根误差5.54 K,精度满足需求,可以为被动微波LST反演与降尺度提供思路。     

利用FY-3B MWRI遥感数据反演南极海冰表面积雪厚度

海冰表面积雪厚度是冰冻圈和全球气候系统的重要组成部分,在海洋、海冰和大气的能量传输中起着关键的作用。针对目前缺乏南极海冰表面积雪厚度国产卫星遥感数据产品的问题,本文探索应用FY-3B MWRI被动微波亮温数据开展南极海冰表面积雪厚度的遥感反演研究。结果表明基于2016年FY-3B MWRI 18.7 GHz、36.5 GHz垂直极化亮温及海冰密集度数据,采用Comiso03模型反演的积雪厚度结果较Markus98更好,与AWI2016年部署在威德尔海的浮标(2016S31、2016S37、2016S40)观测的积雪厚度同日同像元对比的偏差为-1.72 cm。FY-3B MWRI反演的2016年南极海冰表面积雪厚度与美国雪冰数据中心发布的GCOM-W1 AMSR-2积雪厚度产品整体上具有较好的一致性(时空平均偏差为-0.11 cm、相关系数为0.90),积累期和稳定期(4—10月)两者差异较小(时空平均偏差为-0.81 cm,相关系数为0.93),消融期(11月—次年3月)差异较大(时空平均偏差为2.76 cm,相关系数为0.85),差异主要分布在威德尔海北部和东南极冰边缘区。开展FY-...     

基于FY-3B/MWRI数据的裸土区土壤湿度反演

使用高级积分方程模型,模拟多个地表参数条件下的风云三号B星微波成像仪(FY-3B/MWRI)资料。基于模拟数据,分析地表微波辐射特性,利用粗糙地表发射率Qp模型,建立我国西部地区裸露地表土壤湿度反演模型。将该模型用于我国西部地区4个日期(2011年10月8日、10月18日、10月28日和11月8日)的土壤湿度反演,并将反演结果用实测数据进行交叉验证。结果表明:反演土壤湿度与实测土壤湿度的决策系数R2为0.604,均方根误差为0.030 5 cm3/cm3,反演模型具有较高的反演精度。     

HUT模型的改进及其雪深反演

基于风云-3B（FY-3B）卫星的微波成像仪（MWRI）数据对HUT模型（Helsinki university of technology snow emission model）进行验证,结果表明,无论是18.7 GHz还是36.5 GHz水平极化亮温,HUT模型模拟亮温都与MWRI亮温存在较大的偏差。因此,本文对消光系数进行了本地化改进,得到了改进的HUT模型（IMPHUT模型）。IMPHUT模型在18.7 GHz水平极化和36.5 GHz水平极化时的模拟亮温偏差分别为-0.91 K和-4.19 K,较原始的HUT模型模拟精度（偏差分别为14.03 K和-16.33 K）有很大提高。最后,利用遗传算法进行雪深反演,基于IMPHUT模型的雪深反演（偏差为-6.79 cm）优于HUT模型和Chang算法,反演与实测雪深具有较好的一致性。     

AMSR-E辐射计反演南大洋实时海面气温

利用中国南极第24次至第26次(2008年—2010年)考察获取的实测数据和AMSR-E辐射计亮温资料开展南大洋实时海面气温的反演研究,分析了AMSR-E的各通道亮温与海面气温的相关性,未发现与海面气温相关性较强的观测通道,相关性最高的是23.8GHz水平通道,相关系数为0.38。将实测数据与亮温资料进行数据匹配,得到有效的建模数据集,然后利用多元回归和神经网络两种方法建立海面气温实时反演模型。基于全通道多元回归建立了高纬、低纬海域AMSR-E亮温的反演模型,对反演结果利用实测数据进行验证,高纬海域反演的结果均方根差为0.96℃,相关系数为0.93;低纬海域反演结果均差差为1.29℃,相关性系数0.96。基于BackPropagation(BP)神经网络反演模型的反演结果均方根差为1.26℃,相关系数为0.98。     

AMSR-E辐射计反演南大洋实时海面气温

利用中国南极第24次至第26次(2008年-2010年)考察获取的实测数据和AMSR-E辐射计亮温资料开展南大洋实时海面气温的反演研究, 分析了AMSR-E的各通道亮温与海面气温的相关性, 未发现与海面气温相关性较强的观测通道, 相关性最高的是23.8 GHz 水平通道, 相关系数为0.38。将实测数据与亮温资料进行数据匹配, 得到有效的建模数据集, 然后利用多元回归和神经网络两种方法建立海面气温实时反演模型。基于全通道多元回归建立了高纬、低纬海域AMSR-E亮温的反演模型, 对反演结果利用实测数据进行验证, 高纬海域反演的结果均方根差为0.96 ℃, 相关系数为0.93;低纬海域反演结果均差差为1.29 ℃, 相关性系数0.96。基于Back Propagation(BP)神经网络反演模型的反演结果均方根差为1.26 ℃, 相关系数为0.98。     

FY-3C微波成像仪海面温度产品算法及精度检验

海洋表面温度(SST)是海洋学和气候学一个十分重要的物理因子,而卫星被动微波遥感能够穿透云层,实现全天候、大范围观测,因此利用中国FY-3C微波成像仪(MWRI)反演SST具有重要意义。FY-3C MWRI SST产品采用统计算法,首先利用MWRI降水和海冰产品剔除含降水和海冰的像元,之后选择时空间隔0.2 h和0.2°离海岸100 km以外的FY-3C MWRI观测亮温与浮标观测值进行匹配,再将全球在空间上分为4个纬度带,时间上分为12个月,并分升轨和降轨,分别建立浮标海温观测结果和MWRI亮温之间的统计关系,实现对SST的估算。将|估算海温-30年月平均海温|≥2.5 K的像元标识为51,发现这些像元基本分布在陆地边缘地区及大风速地区,剔除标识为51的像元后的精度验证结果表明:与全球浮标资料相比,FY-3C MWRI SST轨道产品升轨精度为–0.02±1.22 K,降轨精度为–0.15±1.28 K;与全球分析场日平均海温OISST相比,FY-3C MWRI SST日产品升轨精度为0.00±1.03 K,降轨精度为–0.09±1.08 K。微波辐射计的性能及其定位定标精度、上游卫星产品(降水检测和海冰检测)的精度、陆地的干扰及高风速对微波信号的影响均会造成SST估算误差,如何改进算法中风速大于12 m/s时的估算精度是下一步的工作重点。     

风云三号卫星被动微波反演海洋上空云液态水含量

云液态水含量是气候和水循环研究的重要云微物理参数，也是目前气候变化研究中的最不确定因素之一。通过极轨气象卫星被动微波观测的光谱和极化特征能够实现对云液态水含量的直接测量，本文介绍了一种基于风云三号卫星微波成像仪（MWRI）观测亮温的全天候云液态水含量反演算法，利用快速辐射传输模式、云模型和大气廓线库建立MWRI模拟亮温库并训练反演系数的宽气候态物理算法可以保证算法系数在不同季节和不同地区的适应性。同时提出了一种基于观测增量（O-B）筛选晴空像元并对算法系数及比例因子进行订正的方法。利用统计直方图方法和卫星间交叉比对方法对反演产品精度进行了检验，统计直方图方法检验结果表明，FY-3C云水反演误差为0.028 mm，FY-3D为0.025 mm，与国外同类产品的精度相当；与低轨卫星微波辐射计GMI云水产品的交叉比对结果表明，两者具有较高一致性，均方根误差为0.0325 mm。FY-3C/3D CLW产品目前已经投入业务应用，上下午星组网能够一天内基本覆盖全球，实现全球云水分布监测。     

基于FY-2C数据的地表温度反演验证——以黄河源区玛曲为例

地表温度是气候、水文和生态等研究领域的基本参数,在地表水量和能量平衡的研究和应用中发挥着十分重要的作用。强烈的异质性是地表温度反演精度不高的主要原因之一。该文以黄河源区玛曲为研究区,评估FY-2C数据的地表温度反演精度,为将来温度反演算法和产品的进一步发展提供依据。首先,以与FY-2C相同空间分辨率的MODIS地表温度产品(MOD11B1)为地表温度真值,对反演的地表温度进行了验证;然后,利用研究区内20个采样点的土壤温度(5 cm)实测数据对反演结果进行验证。结果表明,FY-2C地表温度与MODIS温度产品具有较好的相关性,相关系数在0.72~0.95之间,均方根误差在0.44~3.87 K之间,平均均方根误差为1.90 K;反演结果和实测数据的相关系数为0.69。     

FY-3B微波成像仪资料的地理定位误差与订正

风云3号B星(FY-3B)上的微波成像仪(MWRI)通过10.65 GHz,18.7 GHz,23.8GHz,36.5 GHz和189.0 GHz5个频率的双极化通道对地球表面进行监测。自卫星发射至今,MWRI资料的地理定位误差还未进行深入研究。为了提高FY-3B MWRI L1级数据地理定位精度,基于海、陆响应的升、降轨亮温差理论NDM(Node Differential Method),通过卫星位置和速度矢量建立卫星姿态模型、采用非线性最优化方法估计卫星姿态偏差,进而对MWRI 89 GHz通道的地理定位误差进行分析与订正。结果表明,2015年1—9月份俯仰、滚动和偏航角度的平均偏差分别为-0.220°,0.068°和0.062°,对应沿轨误差大约3—4 km,跨轨误差小于1 km。定位误差订正后,地中海、澳大利亚区域海岸线附近的升降轨亮温差明显减小;观测亮温在红海和南美洲东南部区域的分布和海岸线更加吻合,定位精度得到明显提高。     

我国大陆沿海的海面地形

利用Engelis按SEASAT卫星测高资料得到的海面地形模型和Levitus按位水准得到的海面地形模型计算了我国沿海几个验潮站与青岛验潮站之间的海面地形,并与几何水准联测得到的这几个验潮站的平均海面的高差进行了比较。用这三种方法求得的我国大陆沿海海水面倾斜的趋势大体上是一致的。此外,在全球统一系统内计算大地水准面差距时,若在计算点附近(Ψ_0=10°)应用我国区域性重力异常,由于大地水准面差距零阶项N_0和海面地形的影响,可使N的误差达到0.4米,这对确定米级精度的大地水准面差距是有影响的。     

近海多种卫星测高联合数据处理技术

海域海况复杂多变 ,潮汐不但受外海能量输入的控制 ,而且在复杂的海岸线、浅海海底和内陆河流运输的作用下变得异常复杂。卫星测高由于受复杂的海洋动力环境和陆地反射的影响 ,数据质量普遍较深海差。将多种卫星测高数据联合处理 ,可以大大提高近海海域平均海面高的精度与分辨率 ,增强测高卫星监测近海复杂动力现象与反演近海复杂动力机制的能力。本文讨论近海多种卫星联合数据处理的技术与方法 ,分别从提取海平面稳态和时变信息的角度较系统地研究了多种卫星测高联合数据处理方法 ,通过提取不同测高卫星海平面观测数据中与时间无关的系统偏差 ,建立多种卫星测高数据的海平面时变基准 ,从而将多种测高卫星海面监测数据融合到一个动力系统中。大大提高测高卫星海平面监测的时空分辨率 ,为联合多种卫星测高数据在大地测量与近海海洋动力学研究中的应用创造基本条件。     

卫星测高沿轨海面高的精细结构及其应用技术初探

首先介绍了频域和多尺度域中的两种沿轨测高海面高精细结构，进而提出了利用沿轨测高海面高精细结构计算平均海面高与海平面距平的新方法，最后进一步讨论了沿轨平均海面高和海平面距平的频谱和多尺度分解，以及它们随时间的变化特性。     

用强制改正法建立中国近海平均海平面高模型

联合Geosat GM数据、ERS-1数据、T/P数据、T/P新轨道数据、ERS-2数据和GFO数据,采用强制改正法确定了中国近海(0°~41°N,105°~132°N)2′×2′格网分辨率的平均海面高模型,并将其与CLS01、GF-SC00.1和KMS04平均海面高模型进行了比较。统计结果显示,这些模型格网差值的RMS分别是10.17cm1、2.70 cm和16.13 cm,在剔除差值大于50 cm(分别剔除0.5%、0.89%和1.6%)的误差点后,RMS分别为7.98 cm1、0.29 cm和12.59 cm;与三年的Jason-1数据(Cycle 22~127)的平均框架相比,其RMS为7.40cm。     

青岛气温与全球海表温度的相关分析

利用奇异谱算法对国家160站气象资料中的青岛气温数据和ERSST海表温度资料进行了分析,研究了青岛气温的发展趋势和周期性变化规律,并对未来青岛市气温进行了预测,预测结果与原观测数据接近(相关度接近0.95)。同时也研究了青岛气温异常和全球海表温度的相关性,研究表明:青岛气温异常与全球海表温度异常部分地区存在超过0.79的相关性,其中最大正滑动相关系数位于9月份8N、49W点,并且青岛气温异常存在4个单位的滞后时间。     

中国近海及邻近海域高精度高分辨率海面高的确定

利用新的海潮模型(NAO99B)更为合理的共线方法和交叠平差技术,有效改善了ERM数据的径向轨道误差和时变海面高的影响,提高了浅海海域测高数据的测高精度。     

全极化微波辐射计对环境参数敏感性分析

为衡量全极化微波辐射计各通道对不同环境参数的探测能力,在构建全极化微波辐射传输正演模型的基础上,采用敏感性分析的方法,在固定背景场条件下,对全极化微波辐射计不同频率、各极化通道亮温对海面风速、海面风向、海面温度、大气水汽含量和云中液态水含量等重要环境参数的敏感度进行了分析和量化计算,对正演模型仿真亮温、星载全极化微波辐射计Wind Sat实测亮温相对于真实背景场参数、NCEP分析场资料和TAO/TRITON浮标实测海面风场数据的敏感性进行了分析。分析结果验证了全极化微波辐射计对海面风场的观测能力,衡量了上述重要环境参数对星载全极化微波辐射计各通道的单独影响程度,为中国自主研制全极化微波辐射计时通道指标设计、环境参数反演通道选取及算法提供支持。     

联合多种测高数据建立高分辨率中国海平均海面高模型

利用经过编辑和环境改正后的多代卫星测高资料，通过联合交叉点平差以削弱径向轨道误差和不同卫星测高任务之间的系统偏差等因素的影响，建立了中国海域及邻海（1°N～41°N，103°E～137°E）2.5′×2.5′平均海平面高模型，并将其与CLS-SHOM98.2、GFZMSS95A和OSUMSS95平均海平面高模型进行了比较。     

黄、东海海面地形在1993-2001年间的变化探讨

长期以来海面地形变化是海面变化研究领域里一个具有显著意义却相对冷寂的研究方向,卫星海面测高技术的发展为此方向的研究提供了新的思路、手段和数据。本文利用TOPEX/POSEIDON卫星的SSHA数据对黄、东海1993-2001年期间的平均海面地形的空间形态特征、变化速率的空间分布特征及年内变化特征等3个方面进行分析。研究结果表明,该海区9年平均海面地形的基本特征为:东南高、西北低,由东南向西北倾斜,最大高差超过90 CM;1993-2001年期间全海区均呈现海面上升趋势,上升速率值在5~8.6 MM/A之间,海面上升的空间分异表现为南快北慢,东快西慢。海面地形的年内变化在时间上呈正弦波动,空间上中、北部区域变化速度快,年较差大;南部区域变化速度慢,年较差小;变化空间特征复杂。     

卫星测高在物理大地测量应用中的若干问题

总结了卫星测高在物理大地测量领域的应用，描述了卫星测高数据逼近地球重力场、确定海面地形、改善卫星轨道参数以及求解重力异常的数学模型和数学原理。