TERRA/MODIS热红外通道陆地晴空大气可降水分裂窗反演

大气水汽在遥感反演地表温度中起到关键作用,精确的大气水含量对于提升反演精度有着重要意义,而热红外方法是夜晚获得区域大气水汽含量的唯一方法。本研究采用热红外方法中的改良分裂窗算法,首先,使用TIGR大气廓线与MODIS波谱响应函数通过MODTRAN辐射传输模式进行模拟,将大气廓线的水汽含量与大气透过率进行回归;然后,根据MODIS数据产品特点,使用2015年夏季MODIS数据观测角小于20°的范围进行反演;最后,将白天反演水汽分别与全球GPS地基大气水汽观测网络和MODIS近红外水汽产品进行比较,均方根误差分别为5.5 g/cm2和6.4 g/cm2,显示了高度的区域一致性。由于MODIS观测角度较大,本研究未对其他角度进行反演,若对其余角度的MODIS数据进行反演,可根据余弦角度变化,针对不同角度范围进行模拟与回归。     

不同星历反演大气可降水量的时间序列分析

针对地基GPS水汽探测过程中星历文件的选取对最终反演结果影响的问题,该文利用探空资料建立了一种新的香港季度加权平均温度计算公式,采用3种不同星历对GPS观测数据进行基线解算。通过MATLAB对反演的大气可降水量进行时间序列分析,3种不同星历反演的大气可降水量与探空数据的结果相似,均方差非常接近,快速星历与最终精密星历反演精度基本一致,超快速星历与最终精密星历的反演精度接近。此结果表明:不同星历的选取能够对最终反演结果产生影响,但影响可以近似忽略;最终精密星历可用于事后的高精度水汽反演,分析水汽的变化规律;快速星历结果可用于时效性快的水汽探测;超快速星历用于实时水汽探测,成为水汽探测的手段之一。     

TRMM/VIRS热红外通道陆地大气可降水汽总量分裂窗反演

大气水汽对全球以及区域气候变化有重要的影响,精确获取水汽数据是非常重要的研究方向。TRMM(热带降雨观测计划)卫星上搭载的VIRS传感器(可见光/红外扫描仪)在降雨观测中应用广泛,但是目前很少有研究将其用于水汽反演。本文尝试使用VIRS的两个红外分裂窗通道(10.8μm和12μm),通过建立改进的方差协方差比值分裂窗方法进行水汽反演。首先对TRMM/VIRS数据和方差协方差比值法进行了介绍,接着针对VIRS数据特点,利用MODTRAN辐射传输模式和探空大气廓线数据模拟回归了大气透过率和水汽的定量关系,最后利用VIRS遥感数据开展了水汽反演试验。由于红外波段分裂窗水汽反演算法只适合于晴空条件下,因此在云雨识别的时候,为了保证时空一致性,采用TRMM提供的基于微波成像仪TMI的云中液态水信息来对晴空与否进行判断。水汽反演结果首先与地基GPS大气水汽观测值进行了比较,均方根误差为5.76 mm;其次和MODIS卫星水汽反演结果进行了面状对比,二者显示出了高度的区域一致性。验证结果表明,TRMM/VIRS的水汽反演结果精度较高,具有进行业务化推广的潜力,丰富了水汽数据的来源,同时也对利用风云系列卫星传感器数据进行热红外通道的水汽反演具有借鉴意义。     

地物反射光谱对MODIS近红外波段水汽反演影响的模拟分析

在近红外辐射传输方程的基础上,利用近红外波段水汽的不同吸收属性,在MODTRAN的模拟下,深入分析了基于MODIS近红外数据的可降水汽反演算法,并着重讨论了地物反射光谱非线性在可降水汽反演中的影响。研究结果显示,当波段间反射率之比不等于1时,MODIS近红外波段反演水汽将存在较大偏差。同时,在地物光谱库基础上,计算了不同地物反射率比值,其分布表明,大部分地物波段反射率比值不等于1。研究表明,应用现有MODIS近红外波段水汽反演算法,如果不考虑地表反射率光谱变化的影响,由地表反射光谱造成的误差最大约为反射率比值与1偏差的15倍,同时,这一误差还与大气波段透过率之比有关。     

GPS动态水汽反演对对流层天顶延迟解算精度分析

针对GPS动态水汽反演过程中对对流层天顶延迟解算精度的评估方法问题,提出了一种利用对流层延迟闭合和附合条件来评估对流层估计精度的方法。通过对PBO观测网中的12个CORS基站以及6个IGS基站的观测数据分析,分别从内符合精度和外符合精度两方面来评估动态对流层解算的精度。在内符合精度的数据处理上,使用事后精密星历,每15s计算一次相对对流层延迟数据。精度满足GPS动态水汽反演对天气预报的基本要求。在外符合精度的数据处理上,使用事后精密星历和超快星历分别对天顶方向对流层延迟进行处理,根据与静态参考值进行比对,两者结果高度吻合。研究结果对GPS动态水汽反演中动态对流层天顶延迟的解算具有重要的参考价值。     

垂直气柱中大气微量成分总含量的反演

提出了一种利用地面中等光谱分辨率的太阳红外光谱反演整层大气中某几种微量成分总含量的方法,用逐线积分（ Ｌ Ｂ Ｌ） 法计算整层大气分子吸收,采用差分吸收法测量太阳红外光谱得到实际大气中微量成分的吸收,用最大似然法反演出微量成分的总量。详细分析了这种方法的可行性和反演精度,数值模拟分析和实际测量表明该方法有较高的精度,已把该方法用于监测实际大气中甲烷和水汽总含量的变化。     

利用选权拟合法进行GPS水汽层析解算

附加约束条件的层析解算方法是克服GPS水汽层析观测方程不适定性的主要方法,为了避免该方法中水平约束方程权阵的选取不当对水汽层析结果产生的不良影响,将选权拟合法应用到对流层水汽参数反演中。首先利用水汽参数在空间的分布规律构建参数权矩阵,并利用L曲线法确定正则化参数,然后利用模拟实验对该方法在水汽层析解算中的应用进行了验证。结果表明,该方法可以有效地克服观测方程的不适定性,反演得到符合客观实际的结果。     

利用太阳直射光谱遥感大气柱水汽总量的研究

太阳光谱仪测得的直接辐射光谱含有大气水汽含量的信息。本文提出一种用太阳直射光谱反演大气柱水汽总量的方法。采用分子吸收的随机模式，而不是通常的Ｂｏｕｇｕｅｒ定理，处理水汽吸收，故更为合理。选取水汽的α，β和ρστ吸收带逐次扣除，联合订正，给出水汽含量。并与探空资料结果做了对比，有较好的一致性。     

利用MODIS影像反演大气水汽含量的方法研究

目前,利用MOD IS近红外波段反演大气水汽含量主要采用两通道比值加权法和三通道比值加权法,为了对比研究这两种的方法,本文结合四川地区MOD IS影像,采用两通道比值法和三通道比值法分别获得17、18、19近红外通道大气水汽值,然后对两通道比值法和三通道比值法计算的三个近红外通道大气水汽值取加权平均,分别得到该地区加权平均大气水汽含量。对子区域(成都地区)MOD IS的两种加权平均大气水汽含量与同时同地SONDE大气水汽含量进行对比分析,实验结果表明:用MOD IS近红外波段反演大气水汽含量拟采用三通道比值加权法。     

香港地区大气加权平均温度建模与研究

在地基GPS水汽反演过程中,针对因大气加权平均温度的精度而影响大气可降水量计算结果精度的问题,文中采用回归分析方法对香港地区2006-2016年的探空数据进行研究,构建适用于香港地区的单因子以及多因子两种大气加权平均温度计算模型.并使用两种模型分别预测2017年加权平均温度,与多种经验公式结果以及真值进行对比,单因子和多因子模型与真值的偏差在-5～5K范围内分别占比80.72%和85.26%,明显优于其他经验公式;且按季节分别建模对大气加权平均温度计算结果的精度并没有明显提高,但按昼夜分别建模能够使计算结果的精度得到明显的提高.因此为了能够使水汽反演计算时的精度得到提升,应当使用当地多年的探空气象资料构建适用于当地的加权平均温度计算模型,对于提高GPS反演大气水汽总量的精度具有重要意义.     

An improved atmospheric correction algorithm for hyperspectral remotely sensed imagery

There is an increased trend toward quantitative estimation of land surface variables from hyperspectral remote sensing. One challenging issue is retrieving surface reflectance spectra from observed radiance through atmospheric correction, most methods for which are intended to correct water vapor and other absorbing gases. In this letter, methods for correcting both aerosols and water vapor are explored. We first apply the cluster matching technique developed earlier for Landsat-7 ETM+ imagery to Airborne Visible/Infrared Imaging Spectrometer (AVIRIS) data, then improve its aerosol estimation and incorporate a new method for estimating column water vapor content using the neural network technique. The improved algorithm is then used to correct Hyperion imagery. Case studies using AVIRIS and Hyperion images demonstrate that both the original and improved methods are very effective to remove heterogeneous atmospheric effects and recover surface reflectance spectra.     

Strategies for spatial and temporal extrapolation and interpolation of wet delay

. The excess radio-path delay due to the atmospheric water vapor, the wet delay, can be derived from water vapor radiometer (WVR) measurements. WVR data used for external calibration of space geodetic measurements are not always acquired in the directions of the space geodetic signal sources, thus extrapolation and interpolation methods for the wet delay are needed. We evaluate three different methods using approximately 10 days of WVR measurements. Two methods, the gradient method and turbulence method, use the directional information in the data, while the third method used is linear regression in time regardless of the direction of the observations. The turbulence method yielded at least 10% less RMS estimation error than the errors from the other two methods. Received: 20 May 1997 / Accepted: 15 December 1997     

地基GPS技术遥感香港地区大气水汽含量

提出了分段多项式方法计算大气水汽含量,并结合无线电高空气象探测资料,分析并评估了地基ＧＰＳ遥感技术的精度。香港地区的可降水份计算结果表明,地基ＧＰＳ遥感技术的精度为１ ｍ ｍ ～２ ｍ ｍ     

顾及边界入射信号的多模水汽层析方法

利用GNSS三维水汽层析技术全天候地获取高时空采样率的水汽垂直分布信息,已成为GNSS气象学中一大研究热点。当前,基于单一导航系统的传统层析方法存在观测数据利用率低、观测分布不均等不足。本文设计和实现了一种顾及边界入射信号的多模水汽层析方法,采用香港CORS网观测数据和无线电探空产品进行精度验证,并详细分析边界入射信号和多模层顶信号的引入对层析水汽结果的改善程度。结果表明:相较于传统GPS层析方法,本文采用的融合两类多模层顶信号和边界入射信号的新水汽层析方法,兼备边界入射信号和多模层顶信号的优点,可得到更高精度和更可靠的三维水汽信息。     

利用GPS技术反演中国大陆水汽变化

利用中国地壳运动监测网络2004年的GPS数据，结合测站对应气象要素，计算出大气中的水汽。采用张性样条网格化法绘制中国大陆地区2004年各月份的水汽变化图，得到了水汽含量整体变化趋势与中国年降水量分布趋势相一致的结论。     

非均匀分层对GNSS水汽三维层析的影响

针对目前地基全球卫星导航系统(GNSS)层析大气水汽精度不高的问题,本文提出对网格划分垂直方向非均匀分层的方法,提高了区域层析结果精度.基于多系统GNSS观测数据,对河南地区东经111.5°～115.5°,北纬33.6°～35.6°区域上空水汽分布进行层析探测,研究垂直分层方法对层析结果的影响,垂直方向采用均匀和非均匀两种分层方式,得到的水汽密度结果与探空反演水汽密度值都非常接近,对比来看,非均匀分层层析在相关系数、均方根误差和平均偏差等数据分析方面表现出了较好的数据精度,采用非均匀分层方法可以得到更优的大气水汽反演结果.     

成都地区地基GPS观测网遥感大气可降水量的初步试验

利用首个成都地区地基GPS观测网2004年7～9月30s间隔的测量数据，通过Bernese GPS SoftwareV4．2解算出30min间隔的天顶总延迟量，结合自动气象站获得的气象资料计算出30min间隔的GPS遥感的大气可降水量。与根据气象探空站探测资料算出的可降水量进行统计对比，确定出本次GPS遥感可降水量试验的精度为3．09mm，两种可降水量时间序列呈现高度的一致性。同时验证了计算对流层加权平均温度的Bevis经验公式在成都地区的适用性。