绿洲边缘内外大气中水汽影响辐射传输分析

水汽是大气中影响辐射传输的重要因子之一,实验观测表明在绿洲内外近地层大气中水汽含量存在一定的差异,因此绿洲边缘内外在气中辐射传输特征也不同。本文通过应用ＭＯＤＴＲＡＮ辐射模式和“干旱环境综合研究计划９５”（简称ＡＥＣＭＰ９５）野外实验近地面观测资料,分析了局地大气对达到地面辐射通量密度或辐射率、透射的影响,并与地面观测结果进行了比较,同时对绿洲边缘内外太阳辐射近红外１．５５￣１．７μｍ带和大气窗区     

Relative Radiometric Normalisation - performance testing of selected techniques and impact analysis on vegetation and water bodies

In this paper, six image-based Relative Radiometric Normalization (RRN) techniques were applied to normalize the bi-temporal Landsat 5 TM data-set. RRN techniques do not require any atmospheric and ground information at the time of image acquisition. The target image for the year 2009 was normalized in such a way that it resembled the atmospheric and sensor conditions similar to those under which the reference image of the same season for the year 1990 was acquired. Among the selected methods applied, it was found that the Iteratively Reweighted Multivariate Alteration Detection (IR-MAD) method performed better, based on the error statistic. The IR-MAD technique was found to be advantageous as it identified a large set of true time-invariant pixels automatically from the change background using iterative canonical component analysis. The technique also stretches the values of Normalized Difference Vegetation Index and Normalized Difference Water Index and may help to distinguish different vegetation and water bodies better.     

高分四号静止卫星辐射性能模拟与信噪比分析——以香港近海岸水体为例

随着高分四号(GF-4号)地球同步卫星的发射与初步应用,其兼顾高空间与高时间分辨率的优势在同类型卫星中独具特色,中国对地静止卫星影像的研究也越来越受到重视。为了对GF-4号卫星在轨探测能力进行评估,掌握日内可用影像数据时段以合理安排成像时间提高卫星使用效率与延长寿命,有必要对以暗像元为代表的典型地物(如水体)进行辐射能模拟与信噪比研究。基于MODTRAN辐射传输模型,将香港沿岸水体作为暗目标,对GF-4号静止卫星多光谱遥感全色谱段以及蓝、绿、红、近红外4个多光谱谱段进行标准大气条件下入瞳处辐亮度的模拟,并利用在轨影像进行验证。在此基础上去除大气背景辐射干扰计算有效信噪比,并分别选取一年中春分、夏至、秋分、冬至,4个典型日的模拟数据进行质量分析,探讨一天连续观测中卫星能够获取高质量水体影像的有效时段,尤其是对晨昏时段临界微弱信号的敏感性进行分析。结果表明,夏至、冬至日内表观辐亮度峰值依次为59.26 W/(m~2·sr·μm)、56.20 W/(m~2·sr·μm),均出现在蓝光谱段;夏至、冬至最高地表有效辐亮度分别为17.52 W/(m~2·sr·μm)、12.13 W/(m~2·sr·μm),出现在蓝光谱段,但差距有所缩小。这是由于入瞳处辐射主要受到大气背景辐射的影响,以夏至正午为例,各谱段受背景辐射影响程度达到49.7%—75.5%。为规避背景辐射噪声,提出适用于陆表观测的有效辐射百分比的概念,推导出传统信噪比、有效信噪比以及有效辐射百分比之间的转换关系式,揭示了背景辐射对成像信噪比干扰的定量形式,提出有效信噪比计算方法,并以此为依据,以香港海岸带水体为目标,建立了相应有效信噪比对应时刻表。经计算香港海岸带水体一年中卫星全天有效信噪比均低于50 dB,夏至、冬至最高地表有效信噪比分别为41.0 dB、38.2 dB,其中蓝光谱段模拟效果最差,近红外、全色谱段结果较好。为保障影像质量,以香港海岸带水体有效信噪比35 dB为阈值确定影像获取时段,分别为夏至日北京时间7:49—17:01,冬至日北京时间9:28—15:07。     

中国东部地区夏季对流层大气辐射加热的研究

应用TOVS资料及MORTRAN3模式，研究中国东部夏季对流层的太阳短波辐射和红外辐射对大气的加热状况。考虑不同纬度，不同大气状况下12个站点43个样本的太阳加热率和红外冷却率情况，分析发现：在夏季的对流层，太阳加热率随着距地面的高度增加而减小，它的大小及变化率与纬度、天顶角及当时大气的状况有关，同时，太阳加热率也存在日变化。红外冷却率在对流层中、高层有极小值，它的大小及变化率与当时的大气状况及纬度有关。将本文的结果与前人的结论及实况相比较，发现本文较为真实地反映了中国东部地区夏季对流层的辐射加热情况，利用卫星资料计算的结果基本可信，     

Retrieval of land surface temperature from the Kalpana-1 VHRR data using a single-channel algorithm and its validation over western India

Indian geostationary satellite Kalpana-1 (K1) offers a potential to capture the diurnal cycle of land surface temperature (LST) through thermal infrared channel (10.5–12.5 μm) observations of the Very High Resolution Radiometer (VHRR) sensor. A study was carried out to retrieve LST by adapting a generalized single-channel (SC) algorithm (Jiménez-Muñoz and Sobrino, 2003) for the VHRR sensor over India. The basis of SC algorithm depends on the concept of Atmospheric Functions (AFs) that are dependent on transmissivity, upwelling and downwelling radiances of the atmosphere. In the present study AFs were computed for the VHRR sensor through the MODTRAN simulations based upon varying atmospheric and surface inputs. The AFs were fitted with the atmospheric columnar water vapour content and a set of coefficients was derived for LST retrieval. The K1-LST derived with the SC algorithm was validated with (a) in situ measurements at two sites located in western parts of India and (b) the MODIS LST products. Comparison of K1-LST with the in situ measurements demonstrated that SC algorithm was successful in capturing the prominent diurnal variations of 283–332 K in the LST at desert and agriculture experimental sites with a rmse of 1.6 K and 2.7 K, respectively. Inter comparison of K1-LST and MODIS LST showed a reasonable agreement between these two retrievals up to LST of 300 K, however a cold bias up to 7.9 K was observed in MODIS LST for higher LST values (310–330 K) over the hot desert region.     

HJ-1卫星CCD数据的大气校正及其效果分析

利用MODTRAN 4模型对地表-大气-遥感器之间的辐射传输过程进行模拟,模拟出对应大气参数下的表观辐亮度;利用模拟生成的大气校正查找表,逐像元对HJ-1卫星CCD数据进行大气校正;并从光谱曲线、与MODIS地表反射率产品比较、归一化植被指数(NDVI)三个方面,探讨了HJ-1卫星CCD数据大气校正效果.结果表明:(1...     

基于AVHRR和VIRR数据的改进型Becker“分裂窗”地表温度反演算法

为了将基于NOAA-9/AVHRR数据提出的Becker和Li的“分裂窗”地表温度算法成功地应用于长序列NOAA/AVHRR和FY 3A/VIRR数据的地表温度反演,为气候变化研究提供长序列、高精度、高分辨率的地表温度数据集,从辐射传输方程出发,首先利用MODTRA 4.1模式模拟了多种地表和大气状态下的光谱辐亮度数据,并结合AVHRR和VIRR通道4、5的光谱响应函数建立了温度数据集(TS,T4,T5);然后,基于该数据集采用最小二乘法重新计算了Becker和Li算法中的各参数,提出了一个适用于NOAA/AVHRR和FY-3A/VIRR数据的改进型Becker和Li分裂窗地表温度反演算法;并利用改进型算法对2008年4月27日03时12分(世界时)观测的一景覆盖北京地区的NOAA-17/AVHRR数据进行了地表温度的反演,将反演结果与日本东京大学提供的同地区、同时相的MODIS地表温度产品进行了对比分析.结果表明,两种地表温度产品的相关系数为0.88,均方根偏差(RMSD)为2.1K;在两种地表温度差值图像的频率直方图上有69.6％的像元的值在±2K之内,37％的像元的值在±1K之内.     

20年时间序列海表温度数据集反演和评价

海表温度是研究海洋表面海气相互作用的一个至关重要的物理参数。为建立长时间序列海表温度数据集,在海表温度反演模型建立过程中还需要考虑卫星之间的差异、卫星仪器随时间的衰减、所采用反演算法模型建立过程中人的主观因素的影响等。为此,针对1989—2008年间NOAA/AVHRR数据特点,发展了统一的海表温度反演模型,并生成了20年时间序列海表温度数据集,空间分辨率达到1km。利用船舶浮标资料和OISST数据对该数据集进行了验证,验证结果表明该数据集均方根误差在1℃左右。最后针对1997/1998年厄尔尼诺事件,用反演的海表温度分析了西太平洋暖池区海表温度距平对这次事件的响应。     

大气辐射传输模型及MODTRAN中透过率计算

在用遥感影像反演地面参数时,即使天气晴朗,也要受大气、气溶胶、云的影响。因此大气校正成为提高反演精度的主要因素之一,文中在介绍大气传输的概念模型的基础上,对遥感影像的大气校正方程和参数做了介绍,同时介绍了怎样用MODTRAN获取这些参数,并做了具体分析     

针对MODIS近红外数据反演大气水汽含量研究

遥感反演大气水汽含量对进行天气预报、遥感大气校正、气候变化及水循环等研究具有重要意义。首先，通过对大气辐射传 输方程的推导，改进了三通道算法； 然后，模拟了在不同传感器视角条件下，大气水汽含量与MODIS 17、18、19通道大气透过率之 间的关系，解决了传感器视角问题，提出了针对MODIS数据的大气水汽含量计算方法； 最后，在IDL 6.0环境下，编程实现了该方法 ，并对2003年6月14日的一景图像进行了反演，结果表明，本文提出的方法是可行的。