基于GOCI数据黄海气溶胶光学厚度反演方法研究

气溶胶是研究大气辐射收支的重要参数,确定气溶胶光学特性对于研究气候变化和实现卫星定量遥感有重要意义。针对黄海上空气溶胶反演时存在下垫面背景受到内陆河流巨大影响及吸收性气溶胶干扰的问题,本文提出了一种基于GOCI数据的气溶胶光学厚度反演新算法,利用AERONET数据对比分析了黄海上空气溶胶光学厚度的反演精度,结果表明该算法能较好地反演气溶胶光学厚度,相比业务化算法具有较高的反演精度。     

基于MODIS数据气溶胶光学厚度特征分析

气溶胶光学厚度(AOD)是表征大气浑浊程度的关键的物理量,也是确定气溶胶气候效应的重要因素。本文以环渤海区域为例,首先利用太阳光度计观测数据对MODIS数据气溶胶光学厚度产品进行验证分析,暗像元法反演结果最好;然后基于2005年1月至2019年2月MODIS暗像元法反演结果分析环渤海地区气溶胶光学厚度的时空分布。结果表明:环渤海地区AOD分布呈现出明显的季节变化,春夏季节气溶胶处于高值区(0.7-0.9),秋冬季节处于低值区(0.2-0.5),AOD高值区主要分布于北京、天津及河北和山东交界地区。气溶胶分布特征可能与沙尘天气、季风变化和工业生产生活的污染物排放有关。     

气溶胶光学厚度的时空变化

在大气中气溶胶微粒是一种重要的大气微量成分。气溶胶光学厚度也是大气校正所需的重要大气参数，同时也是海洋水色卫星主要的数据产品。由于气溶胶光学厚度的时空变化较大，所以如何准确获取大气校正和卫星数据产品真实性检验所需的气溶胶光学厚度则是至关重要的。在简述气溶胶光学性质的基础上，并结合2002年6月HY—1南海实验数据来阐述现场气溶胶光学厚度的准确获取。     

气溶胶的光学厚度与反射率比的处理方法

气溶胶光学厚度与气溶胶反射率比都是大气校正所需的重要大气参数，同时也是海洋水色卫星主要的数据产品，它们的测量精度将直接到卫星数据产品正演的精度和卫星数据产品的应用。文章在简述气溶胶光学厚度与气溶胶反射率比的基本测量原理和处理方法的基础上，结合多次试验数据结果进行简要的评价。     

南海北部气溶胶光学厚度观测研究

利用2004年南海北部开放航次全程使用多波段太阳光度计观测获得的气溶胶光学厚度资料,对南海北部气溶胶光学厚度（AOD）的时空分布特征、气溶胶类型和来源等进行了分析。结果显示,近岸海域AOD值大,基本在0．5（500nm）以上,远离大陆的区域AOD值小,基本在0．2（500nm）以下。AOD值与污染源区丁业生产水平和气流输送密切相关,受珠三角地区丁业高度发展和冷空气南下的影响,在珠江口南部出现AOD高值中心;由于受台湾西南部工业区和东北信风的影响,台湾岛西南部海域AOD值偏大。3天的个例分析显示,海洋上空的AOD值上午和下午略高,中午最小,AOD与大气水汽含量呈正相关。Angstrom波长指数分析显示,大陆沿海海域气溶胶以小粒子为主,远离大陆海域以海盐粒子为主。     

利用FY-4A气象卫星观测海洋内波

随着遥感技术的迅猛发展,可用于观测海洋内波的数据源越来越丰富.本文基于静止轨道气象卫星连续观测的优势,开展了FY-4A气象卫星海洋内波观测研究.首先计算得到了FY-4A遥感影像耀斑区位置,并基于遥感影像对结果进行了验证;然后,以此为依据选择了适用于内波观测的FY-4A数据,对比了FY-4A与MODIS遥感影像成像的差异...     

台湾海峡及周边海区MODIS气溶胶光学厚度有效性验证

大气气溶胶通常是指悬浮在大气中直径小于10μm的液态或固态的微小粒子.对流层气溶胶是陆地-大气-海洋系统的重要组成部分.它通过直接或间接辐射强迫强烈地影响着地-气系统的辐射收支平衡,进而影响全球环境和气候,是气候变化研究的一个重要因子.气溶胶光学厚度是气溶胶最重要的参数之一,是表征大气浑浊度的重要物理量,也是确定气溶胶气候效应的一个关键因子和大气模型的一个重要参量[1].探测气溶胶光学厚度可以采用陆基探测方法,如太阳辐射计、天空辐射计、日射强度计等,也可以采用卫星遥感观测的方法.     

FY-1C/1D全球海上气溶胶业务反演算法研究

介绍了基于FY-1C/1D气象卫星数据进行全球海洋气溶胶反演的业务算法,主要论述了海上气溶胶反演的单通道算法基本原理.该算法的核心内容是建立气溶胶光学厚度查算表,该查算表基于6S辐射传输模式,在假定气溶胶模式条件下,卫星的表观反射率是卫星观测几何(太阳卫星角)和气溶胶光学厚度函数,最终由卫星观测表观反射率反演出气溶胶光学厚度.业务反演过程中还考虑到数据质量检验、云检测处理和太阳耀斑区去除等.利用该算法对FY-1C卫星自2001年起的部分资料进行反演试验,并在FY-1D卫星发射后投入业务应用,自2002年8月开始能实时得到每天和每月的全球气溶胶光学厚度产品.从两颗卫星两年多连续反演结果分析可以非常清晰地发现全球气溶胶主要排放源地和全球海上气溶胶分布的季节变化,与国外卫星反演结果十分接近.     

渤海海域CALIOP 与MODIS 气溶胶光学厚度相关性分析

以渤海海域为试验区,对经过时间、空间和波段匹配的 MODIS/Aqua 550 nm 气溶胶光学厚度产品与 CALIOP 532 nm 通道反演得到的气溶胶信息在五种不同空间采样窗口(10 km ×10 km,30 km ×30 km,50 km ×50 km,70 km ×70 km 和90 km ×90 km)、三种不同时间尺度(日、月、季度)下进行了相关性拟合分析.研究发现,较小的空间采样窗口可以更准确地反映气溶胶的局部变化特征,而以季度为时间统计单元能更好地体现气溶胶的季节变化特性.实验结果表明,在10 km ×10 km 采样窗口中,春季的日数据之间相关性较高;春季和秋季的月均值之间高度相关(R 均大于0.950).从而证明,在特定时间和空间尺度下,上述两种数据之间确存在良好的相关性,为利用遥感数据反演渤海海域气溶胶光学厚度信息提供了新的途径.     

厦门海域大气气溶胶光学厚度地基观测分析及卫星遥感检验

利用设立于厦门岛西南部沿海的气溶胶地基观测站点2008年1月7日至2009年4月30日的观测资料,对厦门海域气溶胶光学厚度的每日逐时变化、逐日变化、逐月变化进行了分析研究,并利用观测结果对MODIS L2级气溶胶光学厚度(AOT)产品进行检验。结果表明,厦门海域气溶胶光学厚度每日逐时变化和逐月变化有一定的季节规律,而逐日变化随气象条件的不同有很大差异。一年中气溶胶光学厚度月平均值呈现春秋季双峰分布趋势,4月份最大,超过0.9,空气较为混浊;6月份呈现谷值,AOT小于0.3,空气相对清洁。夏季气溶胶主控粒子的粒径较大,而其余各月份的波长指数在平均值1.21附近波动,混浊系数年平均值为0.25。利用该地基观测资料对MODIS L2级AOD产品进行检验,MODIS反演的厦门海域气溶胶光学厚度逐月变化趋势和地基观测结果完全一致,表明MODIS卫星遥感气溶胶光学厚度能比较好地反映厦门海域的气溶胶季节变化特征。     

基于FY-4A大气温度廓线数据的西北太平洋低云云顶高度反演研究

西北太平洋的低云云顶高度(cloud top height,CTH)是气候研究和气象灾害监测中的重要参数。研究中常用卫星数据获得大范围、连续变化的低云云顶高度,但其与实际的低云云顶高度存在较大的偏差。因此,基于低云云顶一般在低层逆温层底这一观测现象,提出一种利用 FY-4A 卫星大气垂直廓线数据反演低云云顶高度的方法(称为“逆温法”),并尝试用于西北太平洋低云云顶高度反演研究。利用星载激光雷达 CALIPSO(Cloud-Aerosol Lidar and Infrared Pathfinder Satellite Observation)探测的低云云顶高度,检验 FY-4A 卫星的云顶高度产品(CTH_AGRI)和“逆温法”反演的低云云顶高度结果(CTH_GIIRS ),表明两者均显著偏低,与 CALIPSO 探测的云顶高度差分别为 -0. 49 km和-0. 27 km,相较而言,“逆温法”反演的低云云顶高度更接近 CALIPSO 的探测结果,优于FY-4A卫星的云顶高度产品。     

基于葵花-8卫星的东南沿海气溶胶时空分布及其变化

利用葵花-8(Himawari-8)卫星气溶胶光学厚度(Aerosol Optical Depth,AOD)数据三级(L3)资料,从年平均、逐月变化、季节变化、逐小时变化分析了东南沿海AOD的时空分布及其变化。结果表明:东南沿海空间分布特征为AOD沿岸线呈带状分布,且随离岸距离的增加AOD逐渐降低。多年AOD平均高值区主要分布于福建沿海与台湾西部沿海海区(即台湾海峡两侧)。最低AOD出现在远离陆地的西太平洋海区;由于我国东海沿海近岸泥沙较多等原因,海水反射率很高,但是AOD产品在反演时下垫面仍用很小的值,造成了近岸AOD不真实的大值。东南沿海AOD在3月到达当年最大值,6月AOD为全年最小值; 4个季节的AOD分布特征明显不同。春季AOD数值最大,冬季次之,夏秋最小;季节变化原因在春季是大环流背景下平流雾与太阳辐射的作用;夏季受到副高与太阳辐射的影响;秋季受到偏北风、冷空气起的主导作用;冬季受冷高压脊与"狭管效应"的共同作用。由于海陆风作用与海峡上光化学反应的相互影响,东南沿海AOD从08时到15时数值上升,在15时达到一天中最强的时刻,相对大值范围从台湾海峡两岸逐渐向海峡中部延伸。     

Arctic sea ice concentration retrieval using the DT-ASI algorithm based on FY-3B/MWRI data

Sea ice concentration (SIC) is one of the most important indicators when monitoring climate changes in the polar region. With the development of the Chinese satellite technology, the FengYun (FY) series has been applied to retrieve the sea ice parameters in the polar region. In this paper, to improve the SIC retrieval accuracy from the passive microwave (PM) data of the Microwave Radiation Imager (MWRI) aboard on the FengYun-3B (FY-3B) Satellite, the dynamic tie-point (DT) Arctic Radiation and Turbulence Interaction Study (ARTIST) Sea Ice (ASI) (DT-ASI) SIC retrieval algorithm is applied and obtained Arctic SIC data for nearly 10 a (from November 18, 2010 to August 19, 2019). Also, by applying a land spillover correction scheme, the erroneous sea ice along coastlines in melt season is removed. The results of FY-3B/DT-ASI are obviously improved compared to that of FY-3B/NT2 (NASA-Team2) in both SIC and sea ice extent (SIE), and are highly consistent with the results of similar products of AMSR2 (Advanced Microwave Scanning Radiometer 2)/ASI and AMSR2/DT-ASI. Compared with the annual average SIC of FY-3B/NT2, our result is reduced by 2.31％. The annual average SIE difference between the two FY- 3Bs is 1.65×106 km2, of which the DT-ASI algorithm contributes 87.9％ and the land spillover method contributes 12.1％. We further select 58 MODIS (Moderate-resolution Imaging Spectroradiometer) cloud-free samples in the Arctic region and use the tie-point method to retrieve SIC to verify the accuracy of these SIC products. The root mean square difference (RMSD) and mean absolute difference (MAD) of the FY-3B/DT-ASI and MODIS results are 17.2％ and 12.7％, which is close to those of two AMSR2 products with 6.25 km resolution and decreased 8％ and 7.2％ compared with FY-3B/NT2. Further, FY-3B/DT-ASI has the most significant improvement where the SIC is lower than 60％. A high-quality SIC product can be obtained by using the DT-ASI algorithm and our work will be beneficial to promote the application of FengYun Satellite.     

一种改进的地理加权回归模型水深反演方法

利用多光谱卫星遥感影像反演浅海水深是水深测量的一种重要方式.提出一种基于主成分分析的地理加权回归模型(PCA-GWR),采用WorldView-2多光谱卫星遥感影像数据,对经过数学变换后的波段反射率数据先进行主成分分析,将得到第一主成分量进行地理加权回归分析,并与双波段比值模型、多波段线性模型和地理加权回归模型(GWR...     

Cross-calibration of brightness temperature obtained by FY-3B/MWRI using Aqua/AMSR-E data for snow depth retrieval in the Arctic

This study cross-calibrated the brightness temperatures observed in the Arctic by using the FY-3B/MWRI L1 and the Aqua/AMSR-E L2A. The monthly parameters of the cross-calibration were determined and evaluated using robust linear regression. The snow depth in case of seasonal ice was calculated by using parameters of the crosscalibration of data from the MWRI T_b. The correlation coefficients of the H/V polarization among all channels T_b of the two sensors were higher than 0.97. The parameters of the monthly cross-calibration were useful for the snow depth retrieval using the MWRI. Data from the MWRI T_b were cross-calibrated to the AMSR-E baseline.Biases in the data of the two sensors were optimized to approximately 0 K through the cross-calibration, the standard deviations decreased significantly in the range of 1.32 K to 2.57 K, and the correlation coefficients were as high as 99%. An analysis of the statistical distributions of the histograms before and after cross-calibration indicated that the FY-3B/MWRI T_b data had been well calibrated. Furthermore, the results of the cross-calibration were evaluated by data on the daily average T_b at 18.7 GHz, 23.8 GHz, and 36.5 GHz(V polarization), and at 89 GHz(H/V polarization), and were applied to the snow depths retrieval in the Arctic. The parameters of monthly cross-calibration were found to be effective in terms of correcting the daily average T_b. The results of the snow depths were compared with those of the calibrated MWRI and AMSR-E products. Biases of 0.18 cm to 0.38 cm were observed in the monthly snow depths, with the standard deviations ranging from 4.19 cm to 4.80 cm.     

基于FY-3C微波辐射计数据的极区海冰密集度反演方法研究

极区海冰影响大气和海洋环流,对全球气候变化起着重要的作用。海冰密集度是表征海冰时空变化特征的重要参数之一。本文研究了利用FY-3C微波扫描辐射计亮温数据反演极区海冰密集度的方法。经过时空匹配、线性回归,修正了FY-3C微波辐射计亮温数据。使用两种天气滤波器和海冰掩模滤除了大气影响所造成的开阔海域虚假海冰;使用最小密集度模板去除陆地污染效应。通过计算2016年、2017年极区海冰面积及范围两个参数,对得到的海冰密集度产品进行了验证,两年的海冰范围和面积趋势基本与NSIDC产品一致,平均差异小于3%。本研究结果为发布我国自主卫星的极区海冰密集度业务化产品奠定了基础,制作的产品可保障面临中断的40多年极区海冰记录的连续性。