基于MODIS数据反演的渤海叶绿素浓度时空变化

采用离散时间功率谱、距平、滑动平均等统计学方法分析了MODIS反演得到的渤海海域2002-2009年叶绿素浓度的时空变化特征.结果表明,叶绿素浓度多年月平均值的波峰出现在2-3月份,波谷在7月份.叶绿素多年平均值近海明显高于外海,由近海往外递降,最低值出现在渤海海峡和北黄海口附近.通过对叶绿索浓度多年月距平值进行离散时...     

一套具有更高时空分辨率的全球海洋叶绿素浓度遥感融合产品数据集

认识海洋在全球碳循环中的作用及其对环境变化的响应,需要高时空分辨率的观测数据。由于轨道宽度、云雨天气、太阳耀斑等的影响,单一的水色传感器的观测能力十分有限,将多源海洋水色卫星进行融合是提高水色数据时空覆盖的一种有效途径。SeaWiFS和MERIS分别于2010年12月11日和2012年5月9日停止运行,在很大程度上降低了水色融合产品时空覆盖的提升。我们在融合过程中加入了FY-3 MERSI数据,生成了全球海洋叶绿素浓度遥感融合产品数据集。数据源包括SeaWiFS、MERIS、MODIS-Aqua、VIIRS和MERSI。结果表明：加入MERSI后,融合产品的日平均有效空间覆盖提高了9%;采样频率（同一区域一年中获取有效数据的次数）由57天/年提高到109天/年。利用实测数据和国外同类融合产品（ESA GlobColour和NASA MEaSUREs）对新的数据集进行了质量评价。与实测数据相比,加入MERSI的融合产品精度与未加入MERSI的融合产品基本一致;与国外同类融合产品的偏差小于10%。新数据集的时间序列特性与未加入MERSI的融合产品以及单传感器的一致。     

近20年渤海叶绿素a浓度时空变化

浮游植物作为食物链的基础,对海洋生态系统具有重要作用。渤海作为我国最大的内海和重要渔业生物的产卵场、育幼场和索饵场,该区浮游植物研究具有重要意义。叶绿素a浓度是反映浮游植物生物量的重要指标。利用Google Earth Engine平台,对1997–2010年的宽视场海洋观测传感器(SeaWiFS)叶绿素a浓度数据和2002–2018年的水色卫星中分辨率成像光谱仪传感器(MODIS Aqua)叶绿素a浓度数据进行合并,并研究其时空变化特征。研究表明,近20年来,渤海全年叶绿素a浓度增加了14.1%,且增加显著。叶绿素a浓度在所有季节都呈现增加趋势;除11月外,其他各月都呈现稳定或增加趋势。从滦河入河口沿岸至渤海海峡的渤海中部,叶绿素a浓度增加较明显。同时也分析了海洋表面温度、风速和降水量数据。夏季渤海周边区域降水量和风速增加以及秋季海表温度的降低都有助于同季叶绿素a浓度的升高。渤海浮游植物可能受陆源营养物质输入影响较大。     

利用SeaDAS从SeaWiFS卫星数据反演中国东海叶绿素浓度

卫星海洋遥感反演海中叶绿素浓度,对海洋初级生产力估算及赤潮预报均有重要意义.本文介绍了SeaWiFS卫星传感器业务化算法OC4,利用SeaDAS软件反演中国东海叶绿素浓度,并与东海同步现场数据进行验证.结果表明:利用SeaDAS方法计算的东海叶绿素含量与实测含量之间具有较好的相关性,但总体上计算值要高于实际测量值;东海叶绿素含量具有分带性,河口、近岸海域高,中陆架次之,外陆架最低,这种发育特点与该海域的陆源营养盐输入、海洋动力系统有着显著的关系.     

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。     

Himawari-8卫星SST数据在西北太平洋的可利用率分析

Himawari-8自2015年7月7日发射以来已经正常工作了4 a以上,由于其较高的时空分辨率和精度,为海表温度(sea surface temperature, SST)的相关研究提供了大范围内连续的SST序列。本文分析研究了2015年8月—2019年7月Himawari-8卫星SST数据在西北太平洋研究区域(0°N～50°N,100°E～150°E)的可利用率。该区域年度的SST可利用率从33%到44%,并且存在明显的季节性变化,每个月份的SST可利用率从32%到47%,SST可利用率较高的区域从冬季到夏季会随着副热带高压带的移动而向北移动,即SST可利用率较高的区域在冬季的范围是5°N～20°N,而到了夏季则会向北移动到20°N～35°N。通过对欧洲中期天气预报中心(European Centre for Medium-Range Weather Forecasts, ECMWF)的云量(total cloud cover)数据、Himawari-8 SST数据自带的海冰覆盖率(sea ice fraction)数据的分析研究,进一步分析了云量和海冰覆盖率对SST可利用率的影响...     

南海西北部夏季叶绿素a浓度的分布特征及其对海洋环境的响应

南海生态动力学过程复杂,尤其是夏季,在东南季风的影响下,南海西部的上升流、西北部东北向的离岸流对该海区乃至整个南海生态动力学过程都有重要的影响。根据1999—2003年的SeaW-iFS卫星遥感叶绿素a浓度数据,结合2004年在南海北部海洋观测航次实测的叶绿素a浓度数据,分析了南海西北部夏季叶绿素a的分布特征;同时根据海表温度、风场、海面高度等卫星遥感历史资料,探讨了叶绿素a浓度的分布及其对环境因子的响应。结果表明,南海西北部夏季(6—8月)叶绿素a浓度的分布有显著的空间变化:在西部半径达500km低温、强风的半圆形海域范围叶绿素a浓度较高(>0.15mg.m-3),其中位于越南金兰湾东北部有一叶绿素a浓度更高的激流形带(>0.2mg.m-3);而在南海东北部夏季(6—8月)叶绿素a浓度明显偏低(<0.12mg.m-3)。叶绿素a的这种空间分布特征同季风等海洋环境因素之间有密切的关系。对比实测叶绿素a浓度显示,遥感叶绿素a浓度同实测叶绿素a浓度有很好的一致性。     

CMODIS资料提取叶绿素a浓度的反演算法研究

中分辨率成像光谱仪(CMODIS)是我国“神舟3号”飞船上对地观测主载荷,是我国第一台上天的具有测量海面叶绿素a浓度能力的成像光谱仪.利用宽视场海洋水色扫描仪(SeaWiFS)反演叶绿素a浓度作为参考值建立CMODIS资料处理模型,得到三个基于蓝绿波段比值法的叶绿素a浓度反演算法,平均相对误差分别为26.6%,24%和33.5%,均方根误差分别为1.16,1.15和1.23 mg/m3.在叶绿素a浓度反演误差允许范围小于35%的条件下,比值算法的适用范围为悬浮泥沙浓度小于5 g/m3的海区.悬浮泥沙的强散射作用导致比值算法在高悬浮泥沙浓度条件下产生高估叶绿素a浓度反演值的现象;在中低悬浮泥沙浓度的海区,悬浮泥沙和浮游植物对离水辐亮度的综合作用使比值算法存在低估叶绿素a浓度的趋势.     

基于MODIS数据的黄渤海海域云检测方法及其应用研究

在处理MODIS数据、业务化监测黄渤海海冰过程中,云检测是重要内容之一,其结果直接影响海冰信息反演的精度。为了减少云在海冰监测过程中的影响,本文针对冬季黄渤海海域的特点,采用多波段阈值云检测算法对云进行检测,并用IDL语言图像处理技术实现该算法。在研究过程中,本文采用C#语言,借助ArcGIS Engine组件,将云检测算法与地理信息系统二次开发技术有机结合,实现了云检测过程的全自动化和可视化,提高了MODIS数据的处理效率。实验表明,该方法具有较高的云检测精度,检测效果理想,并为海冰监测过程的全自动化与可视化研究奠定了基础。     

基于CART决策树方法的MODIS数据海冰反演

采用CART决策树方法从MODIS卫星遥感数据反演海冰面积,同时对可见光、近红外和热红外多波段进行自动分类计算,有效消除了传统阈值法在反演高悬沙等海洋环境时出现的海冰误判。经较高分辨率的中国环境与灾害监测预报小卫星(HJ-1A/1B)校验,结果表明基于决策树方法所得出的反演数据具有较高精度。利用建立的CART决策树方法反演了2003年以来辽东湾冬季海冰面积的生消变化过程,为进一步分析和建立气象因素与海冰演化规律的关系提供了精确可靠的基础资料。     

Comparative Analysis of Chlorophyll-a Distribution from SeaWiFS,MODIS-Aqua,MODIS-Terra and MERIS in the Arabian Sea

The variability of Chlorophyll-a (Chl-a) distribution derived from MODIS (on Aqua and Terra platforms) and MERIS sensors have been compared with SeaWiFS data in the Arabian Sea. MODIS Aqua has overestimated the SeaWiFS Chl-a within 25–32% in the coastal turbid (eutrophic) waters and underestimated in open ocean waters with error within 20%. However, there is no significant bias (?0.1 on log-scale) observed as the slope is well within 0.97-1.1 (log transformed). MODIS-Terra has underestimated the Chl-a concentration in open ocean waters by about 29–31%, which is higher than MODIS-Aqua. MODIS-Terra is observed to be more accurate than MODIS-Aqua in the coastal waters. MERIS is overestimating the SeaWiFS Chl-a with log RMS error of ～0.15 and log bias of ～0.13–0.2. The differences in the Chl-a estimates between each sensor are possibly due to differences in the sensor design, bio-optical algorithms and also due to the time differences between the satellites over passes. We have examined that the MERIS is performing similar to SeaWiFS and the MODIS-Aqua (Terra) data are reliable in open ocean (coastal) waters. However, Chl-a retrieval algorithms need to be improved especially for coastal turbid waters to continue with SeaWiFS data for long-term studies.     

eaWiFS产品格式及转换

为了使更多的用户尽快使用ＳｅａＷｉＦＳ资料,国家海洋局第二海洋研究所（以下简称海洋二所）将ＳｅａＷｉＦＳ产品从复杂的ＨＤＦ格式转换为简单的海洋二所（ＳＩＯ）格式。ＨＤＦ格式在记录结构、函数调用方式、参数存放次序三方面说明,海洋二所为实现格式转换花费大量时间和精力是非常必要的,为许多用户在ＳｅａＷｉＦＳ资料应用中节省了宝贵的时间,大大扩大了ＳｅａＷｉＦＳ资料的应用面和利用率。同时,对ＨＤＦ格式的深入了解,可以为我国的海洋卫星资料数据格式提供技术参考。     

1998年冬季台湾海峡遥测叶绿素分布特征

结合1998年2－3月台湾少峡的SeaWiFS水色数据与现场观测Chla数据，对遥测与实测数据进行了初步的对照分析，同时比较了遥测与实测叶绿素的分布状况，以期利用丰富的水色遥感信息掌握海域时绿素的时空变化，进而进行海域初级生产力的研究，分析结果表明，SeaWiFS水以民现场实测数据的相关性良好（r^2=0.81,n=7)，初步说明，SeaWiFS水色数据能够在相当程度上反映海域的实际Chla含量，另一方面，遥测沿岸水对营养盐的输送，贫瘠的黑潮水自海峡南部的入侵是造成一分布况的主要原因，黑潮水经由澎湖水道进入海峡的现象在SeaViFS图像的得到佐证。     

利用SeaWiFS反演海水透明度的模式研究

海水透明度是描述海水光学特性的一个基本参数.根据水下光辐射传输理论及对比度传输理论,建立了海水透明度的半分析定量遥感模式.利用大量实测透明度资料对模式进行了验证,结果表明遥感反演透明度与实测透明度的相关系数为0.84,绝对平均误差为4.17m,相对平均误差为22.6%.最后利用建立的模式和Sea WiFS卫星资料制作了我国海域1999年的月平均透明度遥感产品.     

Atmospheric correction of SeaWiFS imagery for turbid coastal and inland waters

A practical algorithm of atmospheric correction for turbid coastal and inland waters is provided. The present algorithm uses the property that the water-leaving radiance at 412 nm increases very tittle with the increasing of water turbidity. Thus, in very turbid coastal and inland waters, the radiance at 412 nm can be used to estimate the aerosol scattering radiance at 865 nm. The performance of the new algorithm is validated with simulation for several cases. It is found that the retrieved remotely sensed reflectance is usually with error less than 10% for the first six bands of SeaWiFS. This new algorithm is also tested under various atmospheric conditions in the Changjiang River Estuary and the Hangzhou Bay where the sediment concentration is very high and the standard SeaWiFS atmospheric correction algorithm creates a mask due to atmospheric correction failure. The result proves the efficiency of this simple algorithm in reducing the errors of the water-leaving radiance retrieving using SeaWiFS satellite data.     

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。     

基于MODIS资料反演海上能见度的经验模型

利用2002年10月~2003年8月的中分辨率成像光谱数据MODIS(ModerateResolutionImagingSpectrora-diometer)和华南沿海及海上能见度观测数据,对华南海域连续的、长时间序列的能见度遥感监测和定量反演进行了试验。将MODIS影像分为:晴空(Ⅰ);雾和低云(Ⅱ);有降水积云(Ⅲ)和其它(Ⅳ)4类,并按照通道间相关性最小和与大气水平能见度相关最大的原则进行通道筛选。初步分析表明,水平能见度确实与MODIS卫星表观反照率存在一定的函数关系。在此基础上,对每一类进行通道筛选和特征因子提取,建立分类的反演经验模型进行大气水平能见度的遥感反演,并与观测结果进行了比较。结果表明,在Ⅰ和Ⅲ类大气状况条件下,能见度的反演结果较好(相关系数分别达到0.6和0.9,远大于95%信度检验水平),而大气状况较为复杂的II类反演精度较低,相关系数只有0.5(仅达94.2%显著性检验水平)。由此可见,对于海上下垫面均一、而大气状况复杂的遥感反演问题,根据大气状况分类简化的统计反演是较为有效的1种方法。同时,对大气的辐射消光特性的了解和MODIS通道特性的分析,也是决定反演结果的重要因素。     

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...     

SeaWiFS探测1997年闽南赤潮模型研究

在１９９７年秋季厦门附近海域微吓灌赤潮水体现场反射光谱测量的基础上,根据对ＳｅｓＷｉＦＳ可见光范围内各波段离水辐射率变化的分析,提出３、４、５波段离水辐射率差值（Ｌｗ５＋Ｌｗ３－２Ｌｗ４）〉Ｃ模型,用它计算了１９９７年１１月和１２月 潮时相的ＳｅａＷｉＦＳ图象,结果和赤潮发生的实际状况一致。