VIIRS与MODIS海表面温度产品观测能力对比分析

以2015—2016年白天和夜间的VIIRS,MODIS-Terra和MODIS-Aqua三个红外SST产品为研究对象,探讨了3个红外SST的全球覆盖情况,包括统计全年有效观测天数和每日全球海洋覆盖率,将3个红外SST与Argo浮标在全球范围以及大西洋、印度洋、太平洋进行匹配统计分析,同时对匹配点平均偏差与标准偏差随纬度的变化进行研究,最后将3个红外SST进行交叉比对。结果表明:VIIRS在白天和夜间全年观测到的最大有效观测天数高于MODIS-Terra和MODIS-Aqua,该数据白天观测到的范围最大、全球海洋覆盖率也最高,夜间3个红外SST观测范围和覆盖率差别不大;VIIRS SST产品在全球以及3个大洋统计中数据质量较MODIS-Terra和MODIS-Aqua更接近Argo浮标;3个数据白天的SST平均偏差和标准差随纬度变化除了南北高纬度地区,整体浮动相差不大,VIIRS整体偏差在0℃附近,MODIS-Aqua次之,MODIS-Terra大部分都在0℃以下。夜间偏差与标准差随纬度变化平缓,在南北半球高纬度地区波动也小于白天。VIIRS白天和夜间SST值都高于其他2个红外SST。白天,VIIRS与MODIS-Aqua的温度值接近;夜间,则与MODIS-Terra的温度值接近。     

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。     

用辐射传输方程改进算法反演LandSAT8海表温度的效果检验和适用条件分析

为检验辐射传输方程改进算法推广用于反演LandSAT8 海表温度(SST)的可行性及适用条件,本研究在修订算法部分参数的基础上,分别反演出算法改进前后的LandSAT8 SST并进行比较。MODIS SST验证表明改进算法对大气透过率偏差和SST偏差均有明显改善,除2019-08-21图像外,其他3景图像SST偏差在0.5℃左右;浮标SST验证表明改进算法在近岸海域对SST偏差改善效果同样显著,其平均偏差bias和均方根误差rmse分别减少到0.14、0.18℃,基本可以忽略不计;进一步研究发现,改进算法SST反演精度与研究海域大气透过率分布均匀程度呈显著的正相关关系,R²[bias(SST)]=0.920 7,R²[rmse(SST)]=0.934 0。使用改进算法遥感监测电厂温排水：嵩屿电厂表层海水温升羽流不明显;而后石电厂表层温升现象最显著,温升幅度和扩散影响范围最大,在其排水口附近存在稳定的高温水体(温升＞3℃);晋江电厂表层温升羽流呈扇形分布,流轴短,主要集中在排水口附近。     

基于星载红外辐射计的北极海表温度数据对比分析

本文基于2016年MODIS(ModerateResolutionImagingSpectroradiometer)-Aqua、MODIS-Terra和VIIRS(Visible Infrared Imager Radiometer Suite)三种红外辐射计的海表面温度(Sea Surface Temperature,SST)数据,统计了北极地区红外SST1月和7月的覆盖率及有效覆盖天数,并与Argo(Arrayfor Real-timeGeostrophicOceanography)浮标数据进行了匹配验证,直观获取北极SST误差分布情况并研究SST遥感观测能力,为更好地了解北极地区从而应对气候变化提供一定的资料基础。结果表明,北极地区红外辐射计SST数据7月的覆盖率和有效观测天数均高于1月,1月三种数据相差不大,7月VIIRS的覆盖率和有效观测天数均优于MODIS-Aqua和MODIS-Terra,联合三种红外辐射计的覆盖率和有效观测天数相较于单星有所增加, 1月覆盖率最高为8%, 7月最高接近70%,表明多星联合探测是提高北极地区SST数据覆盖率和观测天数的有效方法;北极地区SST数据的误差普遍高于全球总体水平, VIIRS白天、夜间的均方根误差(E_(rms))均低于MODIS-Aqua和MODIS-Terra, MODIS-Aqua白天SST的E_(rms)高于MODIS-Terra,夜间则低于MODIS-Terra。综合来看, VIIRS在北极的覆盖率、有效观测天数及与浮标的匹配结果在三种红外辐射计中为最优。     

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。     

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。     

秦皇岛外海低氧区颗粒物吸收光谱特征

近年来, 渤海夏季低氧现象频发, 引起了人们的广泛关注。然而对该海域低氧形成的机制还未得到充分认识。研究基于在秦皇岛外海的现场观测, 分析了海水中颗粒物吸收光谱特征及其与不同粒径浮游植物叶绿素a (chl a)组成、环境因子的关系, 评估了夏季底层水体脱氧过程中有机物来源与特征。结果显示,夏季秦皇岛外海微型浮游植物chl a占总量的80%。表层水体中, 总颗粒物吸收光谱[a_p(l)]特征由浮游植物色素吸收光谱[a_ph(l)]主导, 在中、底层水体中则由碎屑颗粒物吸收光谱[a_d(l)]主导。垂向上, a_p(440)和a_d(440)均表现为表层<中层<底层。结果还表明, 浮游植物粒径主导秦皇岛外海chl a的光吸收效率, 即a^*_ph(440)。基于三粒级chl a含量, 可利用多元回归预测a_ph(440)。碎屑颗粒物的吸收光谱同样受浮游植物群落、有机质相对含量等的影响。研究结果表明初级生产产生的微型颗粒有机物是底层水体脱氧的主要底物。     

西北太平洋海表温度融合产品交叉比对分析

海表温度产品是研究全球海洋大气系统的重要数据源,在海洋相关领域的研究和应用方面具有重要价值。以西北太平洋海域为研究区域,本文对2007-2014年的3个海表温度融合数据（AVHRR OISST,MISST和OSTIA）的产品特性与Argo浮标进行了真实性检验,并对融合产品进行了交叉比对分析。结果表明,3个融合产品在空间尺度上均能反映西北太平洋海域的海表温度变化趋势。融合数据与Argo浮标的平均偏差在±0.1℃之间,均方根误差小于0.9℃。融合数据与浮标数据存在明显的季节性变化,其中冬季融合数据与浮标数据的平均偏差和均方根误差较小。在高纬海域,融合产品和浮标存在正偏差。与另两个融合产品相比,OSTIA的数据质量与Argo浮标最为接近。3个融合产品在近岸和高纬海域差异较大,三者对海冰的标识和处理方式不同对融合结果也有影响。在2012年6月之前MISST和OSTIA的海表温度数据质量更为接近,但在此之后MISST存在系统误差。红外数据、微波数据和实测数据作为输入数据,是制作高时空分辨率高精度海表温度融合产品必不可少的要素。     

孟加拉湾及其邻近海域海表日增温的季节变化特征及其机制研究

利用1998―2007年Seaflux资料结合太阳短波辐射及海面风场数据,分析了孟加拉湾海表日增温（Diurnal Warming of Sea Surface Temperature, dSST）的季节变化特征及其形成机制。结果显示,在赤道海域（5.0°N以南）,dSST以年周期变化为主并呈现12月至次年5月高、6—11月低的单峰结构,在湾内（5.0°N以北）,dSST则表现出显著的半年周期变化而呈现独特的春、秋季高,夏、冬季低的双峰结构。dSST空间分布形态春季呈湾中部高、四周低的态势;秋季湾口较低、湾内及赤道海域较高;夏、冬季形态基本一致均呈赤道高、湾内低的格局,但夏、冬季湾内高值中心略有不同,分别位于斯里兰卡岛东北部近海及湾西边界区。进一步分析表明,海面风速对整个研究海域的影响均较为重要,因此决定了dSST空间分布形态的季节变化。太阳短波辐射对湾内dSST季节变化的影响也较为重要,但在湾口以南至赤道大部分海域的影响较弱。     

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...