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。     

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...     

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。     

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。     

基于Argo的SMAP与SMOS盐度产品质量评估与比对

以2016年SMAP 8日均、月均海表盐度(Sea Surface Salinity, SSS)产品与SMOS日均、月均SSS产品为研究对象,基于Argo浮标实测盐度数据与Argo月均盐度网格产品,进行了质量评估,并开展了SMAP和SMOS盐度遥感产品间的交叉比对。结果表明:SMAP 8日均、月均SSS产品均比SMOS日均、月均SSS产品更接近于Argo盐度数据;SMAP SSS产品在12个月里的标准差均小于SMOS SSS产品,SMAP SSS产品年均偏差与标准差在大部分海域小于SMOS SSS产品,除高纬度地区,4种SSS产品与Argo数据的平均偏差和标准差随纬度变化浮动不大;SMAP 8日均、月均与SMOS日均、月均产品的年平均SSS空间分布特征一致,SMAP 8日均与SMOS日均、SMAP与SMOS月均SSS产品间的年平均偏差在全球范围内总体在-0.50～0.50,标准差总体为0～1.00。     

黑潮延伸体海域漂流式海气界面浮标数据分析与评估

漂流式海气界面浮标是创新研制的“小型化、轻质化、免维护”的漂流观测系统,能够测量海面以上3 m气象、水下20 cm海表面温度和波浪参数等11个不同的物理参数,并且已经经过多次观测应用,结果均较好。为实现漂流式海气界面浮标观测数据全球范围的应用,利用2018年黑潮延伸体海域Argo观测的海表面温度(sea surface temperature, SST)、SVP (surface velocity program)浮标观测的海表温度和OISST (optimum interpolation sea surface temperature)数据,通过将其与漂流式海气界面浮标观测数据进行时空匹配以及对比验证,对漂流式海气界面浮标观测的海表面温度进行了系统评估,检验其在黑潮延伸体复杂水文环境下的观测准确性。结果表明,漂流式海气界面浮标观测SST数据与Argo观测SST数据相关系数达到0.9737,均方根误差和平均误差分别为0.5790°C和0.4539°C;与SVP浮标SST数据的相关系数弱于与Argo的相关系数,为0.9285,均方根误差为1.323 0°C,平均误差约为0.979 4°C...     

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%。     

西太平洋东印度洋Suomi-NPP/VIIRS海表温度印证

本文利用现场测量数据对Suomi-NPP/VIIRS(Visible Infrared Imaging Radiometer Suite)海表温度(Sea Surface Temperature SST)数据进行印证,研究区域为80°E—118°E,10°S—23°N,时间范围为2015年5月—2018年12月,两者匹配的时间窗口为1 h,空间窗口是0.02°。印证结果显示,SST偏差位于±0.5℃范围内占比75%,位于±1℃范围内占比92%,白天的平均偏差和标准差分别为0.07和0.69℃,晚上的平均偏差和标准差分别为-0.04和0.45℃;2015年的平均偏差为-0.07℃,标准差为0.46℃,白天和晚上的匹配点数量分别为3 351和4 613;2016年平均偏差为0.00℃,标准差为0.61℃,白天和晚上的匹配点数量分别为3 189和3 911;2017年平均偏差为0.08℃,标准差为0.63℃,白天和晚上的匹配点数量分别为2 191和2 401;2018年平均偏差为0.08℃,标准差为0.57℃,白天和晚上的匹配点数量分别为1 690和2 747。通过印证结果对误差的来源和分布进行了探究,VIIRS晚上的数据质量优于白天,2015和2016年的匹配点集中在西太平洋南部和印度洋北部,2017和2018年的匹配点的集中在西太平洋南部,SST偏差有明显的季节性变化。     

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。     

热带太平洋海域的Argo浮标计划

1　国际 Argo计划国际 Argo计划提出施放 3 0 0 0个剖面浮标组成一个海洋观测网 ,以便实时观测全球海洋上层的温、盐度结构。每个浮标之间距离约为 3 0 0 km。浮标将被设置在 2 0 0 0 m水深附近漂移 ,且每隔 1 0天上浮一次 ,把测量的温、盐度剖面资料和位置信息通过卫星传送到设在陆上的接收站。然后 ,浮标再次下沉到预定的深度进行新一轮循环。浮标的使用寿命为 4年。这些浮标的工作原理与大气无线电探测器相似。2　实施 Argo计划的意义利用 Argo浮标进行全球次表层观测 ,并结合覆盖全球海洋表面的卫星观测 ,将会提高业务预报和科学研究…     

基于最优插值和贝叶斯最大熵的海表温度融合方法研究

海表温度(sea surface temperature,SST)是影响全球气候的重要因素,在海洋科学研究中占有关键位置。论文基于MODIS红外、AMSR-2和HY-2A微波辐射计数据,分别利用最优插值和贝叶斯最大熵方法对SST数据进行融合,并用i Quam实测数据和Argo浮标数据对2015年SST融合数据进行检验。MODIS、AMSR-2、HY-2A辐射计SST的年平均空间覆盖率分别为15.0%,21.6%,22.0%,最优插值和贝叶斯最大熵融合SST产品的年平均空间覆盖率提高到98.6%和99.4%,融合产品空间覆盖率明显提高。与i Quam实测数据对比,最优插值和贝叶斯最大熵融合产品年平均偏差分别为0.07℃,0.04℃,均方根误差皆为0.78℃,其中3-7月最优插值融合产品的精度略优于贝叶斯最大熵融合产品,其它月份则相反;与Argo浮标数据对比,两种融合产品的均值偏差分别为0.06℃,0.01℃,均方根误差分别为0.77℃,0.75℃。整体上,贝叶斯最大熵融合产品的精度略优于最优插值融合产品,但计算成本较高。     

Argo全球海洋剖面浮标观测网

前言Argo,一个大范围的全球温盐剖面浮标观测网 ,已被计划作为海洋观测系统的一个重要组成部分 ,并已于 2 0 0 0年开始投放浮标 ,目前尚在建设之中。实际上 ,Argo计划是基于现存的海洋上层热量观测系统 ,并对其在时间、空间、观测深度和准确性上进行了扩展 ,同时还增加了对盐度和速度的观测。命名 Argo,主要是为了强调全球浮标网与 Jason卫星高度计任务的密切关系 ,这是第一次人们可以几乎实时地系统测量和收集上层海洋的物理状态信息。1　Argo的诞生和设计全球剖面浮标观测网是在如下三方面技术的最新发展促使下诞生的 ,从而使得海洋和气…     

Argo-认识和预测气候变化的全球海洋观测计划

1　全球海洋观测网 (Argo)为了解全球气候的变化 ,海洋学界正在做一项雄心勃勃的事业 ,即设计并部署一个全球海洋观测系统 ,以便对海洋从季节到十年间的变化作前所未有的长期跟踪观测。这项计划的实施 ,将使人类对气候的认识和预测向前迈出一大步。全球海洋观测系统的现场支柱就是 Argo剖面浮标网 ,将为人类提供一个全球海洋次表层数据库。Argo剖面浮标观测网将由 3 0 0 0个自动仪器组成 (图 1 ) ,每个浮标每隔 1 0天发送一组取自 2 0 0 0 m到海面的温度和盐度剖面资料 (图 2、3 )。在全球大洋内每隔大约 3个经纬度布设一个浮标 ,其数据通…     

不同SST资料在海南岛和北部湾珊瑚白化预警中的适用性比较

近年来,受全球气候变化及极端天气的影响,全球范围频繁出现珊瑚礁白化现象,遥感SST已广泛应用于珊瑚白化的监测和预警中。海南岛近岸及北部湾海域的珊瑚礁近年也倍受白化压力,然而,遥感SST在海南岛近岸及北部湾海域珊瑚白化预警中的适用性尚不清楚。为此,本研究比较了3种常用的遥感SST数据(OISST、GHRSST和CoralTemp)在研究海域的异同及其在夏季珊瑚白化预警中的适用性。结果表明,GHRSST的SST最高、CoralTemp次之、OISST最低,OISST的偏差在2013年以前比较明显,GHRSST和CoralTemp在2003年之后比较接近;与浮标的现场观测值相比,2006—2020年CoralTemp的平均偏差和均方根误差分别为0.03℃和0.92℃,GHRSST为0.08℃和0.96℃,OISST为-0.25℃和1.21℃,CoralTemp在研究区域内更为准确;3种遥感SST计算的DHW与使用现场SST计算的趋势一致,CoralTemp的结果更为接近现场SST。因此,3种遥感SST资料中,CoralTemp相对来说更适用于研究海域。     

Argo、GTSPP与WOD数据集及其应用中需注意的若干问题

数据集整体的时空覆盖率制约了海洋科学研究的时空尺度,而海洋仪器的性能和观测方式直接决定了海洋数据的可靠性。以观测仪器作为主要衡量指标,结合数据集的时空覆盖率,对以温度和盐度为数据集主体的自持式拉格朗日环流剖面观测(Argo)数据集、全球温盐剖面数据集(GTSPP)、世界海洋数据集(WOD)进行分析和比对,确定了三者关系:Argo和GTSPP都是WOD的数据源,而GTSPP中包含了Argo实时数据的80%。在此基础上研究确定了目前温盐数据的主要观测仪器为Argo浮标、XBT和CTD,并对这三种仪器的误差来源和量级进行详细分析:由于全球自动观测与传输需求,Argo数据存在电子信号不稳定导致的随机误差,而且在高纬度强温跃层地带出现较强的虚假盐度尖峰,再是自由漂移的特性导致1%~2%盐度剖面漂移超过0.02 PSS-78;由于下降方程的不断演变,全球半数XBT数据提供者并未提供仪器型号,导致数据整体的可靠性下降;由于CTD基本采用船载观测,因此成本高、共享数据少且多集中近海。因此在对全球温盐数据进行应用时,应综合考虑观测仪器的可靠性和时空覆盖率,有效实现对资料本身误差和真实海洋现象的甄别。     

国际Argo计划执行现状剖析

国际Argo计划自2000年实施以来,世界上25个国家和团体已经在全球海洋中布放了5000余个Argo浮标,其中在海上正常工作的浮标已经超过3000个。这标志着全球Argo实时海洋观测网已经全面建成。文中将系统介绍国际Argo计划主要成员国在浮标布放、回收和Argo资料管理等方面所作出的贡献,以帮助读者对这21世纪的重大国际海洋观测计划有一较全面、深入的了解。     

Argo浮标技术研究初探

1　引言近年来世界沿海国家对 Argo计划响应迅速 ,该计划欲用 3年时间 (2 0 0 0～ 2 0 0 2年 )在全球大洋每隔 3个经、纬度布放一台 Argos卫星跟踪浮标 ,总计为 3 0 0 0台 (现已修订为至 2 0 0 4年布放 3 3 0 0台 ) ,组成一个庞大的 Argo全球观测网。我国当前已经开展或即将开展的几个大型海洋调查研究项目均要求收集南海、西北太平洋、赤道海域乃至整个太平洋和全球海洋次表层的一手资料 ,因此 ,发展我国的 Argo剖面浮标技术 ,不仅可以为我国开展的海洋调查提供技术支持 ,而且还可为我国正式加入全球的 Argo计划做技术储备。图 1　 Argo…     

西北太平洋多源微波辐射计海表温度数据交叉比对分析

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2013年和2014年3个微波辐射计海表温度产品(AMSR-2,TMI和WindSat)的产品特性和Argo浮标进行了真实性检验,并对3个传感器数据进行了交叉比对分析,具体涉及海表温度分布、温度梯度分布、观测点分布、匹配点分布、平均偏差分布、均方根误差分布、统计分析结果的逐月演变和海表温度误差棒分析。结果表明,3个微波辐射计在空间尺度上都能比较一致地反映西北太平洋海域的海表温度变化趋势。但遥感数据与浮标数据却存在季节性变化和昼夜差异,其中冬季微波数据与浮标数据的平均偏差和均方根误差较小,降轨数据与浮标数据的结果更接近。AMSR-2的海表温度数据质量比TMI和WindSat的海表温度数据更接近Argo数据。相比于WindSat和TMI,AMSR-2和TMI的海表温度数据质量更为接近,但是由于受到近岸陆地信号干扰,AMSR-2和TMI离岸100 km以内海域的数据应当慎用。     

基于海温参数模型推算Argo表层温度

Argo浮标观测已成为全球海洋观测系统的重要支柱,但因缺乏表层观测,使得Argo观测资料在海洋和大气研究中的应用仍有一定的局限性。基于一个简化的海洋温度参数模型,由Argo剖面观测及气候态数据所确定的垂向海洋温度参数,得到表层与次表层温度的函数关系,进而利用太平洋海域的Argo次表层温度数据来推算表层温度场。其中,海温参数模型的相关参数采用最大角度法求得,利用此方法得到的混合层深度,温跃层梯度,温跃层下边界等参数较以往的迭代法更精确。与传统采用外插方式得到的表层温度场及卫星反演的SST相比,推算的Argo表层温度与GTSPP、Argo NST等实测资料的标准差有了显著地降低;与Argo NST现场观测数据的相关性分析也表明,推算的表层温度与实测资料有着更好地一致性;通过相关分析检验,在理论上验证了在太平洋海域利用海温参数模型推算海表温度的可行性。本研究为弥补当前Argo资料缺乏表层观测的缺陷,构建完备的Argo网格化温度数据集提供了新途径,具有重要的科学意义和应用价值。     

基于变分理论的AVHRR海表温度反演应用及效果评估

基于变分理论算法实现了METOP-A卫星AVHRR传感器探测数据的海洋表面温度变分反演,进行了连续1个月的海表温度反演试验,并分别从全球、分纬度带和天气系统活跃区域3个方面,将变分反演结果（VAR SST）与利用统计回归方法反演相同卫星得到的海表温度产品（GBL SST）、其他海温融合产品（OISST）及实际浮标观测数据等进行一系列评估。从全球评估指标看出,以OISST为参照,VAR SST要优于GBL SST;以浮标观测为参照,VAR SST略逊于GBL SST,而且VAR SST还改进了GBL SST随时间波动大的缺点;从分纬度带对比看出,在与OISST对比时,VAR SST在低纬度地区和北半球中纬度地区的质量要优于GBL SST,海温反演精度较高。研究还表明,由于变分方法考虑了大气状态的变化,能够更加有效订正卫星遥感过程中大气的削弱作用,从而反演出精度更高的海表温度,尤其在天气系统较为复杂的区域效果明显。