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Arid
我国西北准不变定标场（PICS）的选取评价和辐射定标应用
何灵莉
出版年2020
学位类型硕士
学位授予单位中国气象科学研究院
中文摘要目前我国已积累了20多年的气象卫星数据,但它们来自不同卫星平台和不同传感器,观测数据缺少统一辐射定标基准,数据质量参差不齐,难以最大效用地运用在环境和气候变化监测上,这就需要解决长时间序列气象卫星数据精度不足和相互一致性问题,即采用相同的辐射标准对历史卫星数据进行一致性再定标处理。本研究基于国际上公认精度和稳定性较高的多种卫星遥感数据,依据可用于定标的场地对辐射特性时间稳定性、空间均匀性和大气干洁的需求,参考国际同类研究对场地评价指标参数,在中国境内西北地区选取多个准不变定标场(PICS),做为长时间序列国产卫星数据提供统一的辐射定标基准。中国西北地区气候干旱,海拔较高,既具有广袤的沙漠戈壁地表,又具有较低的气溶胶和水汽含量,具有遴选PICS的条件和潜力。依据卫星观测数据的时空变异系数对研究区的时间稳定性和空间均匀性进行评估。本论文主要采用MODIS陆表反射率和BRDF产品,结合MODIS气溶胶和水汽等大气遥感产品,针对我国西北地区开展多年卫星遥感资料分析,在西北地区筛选出辐射性能相对优异的PICS场地,初选的场地主要分布在新疆塔克拉玛干沙漠、青海柴达木盆地、河西走廊、内蒙腾格里沙漠等地区。通过评价和比较4个典型场地大气参数(气溶胶、水汽、臭氧)特性与云量,对地处不同空间区域PICS的大气特性进行分析,并采用30m空间分辨率的Landsat 8 OLI遥感数据聚合到250m和1000m的评价尺度下对场地的空间均匀性做了评估,从大气特性和空间尺度特征两个方面对初选的PICS进行补充评价,从而实现更全面合理地选择我国西北地区的PICS场地。将所选场地与国际同类场地进行横向比较,同等地理条件下我国场地特性较好,且具有高海拔的显著优势。基于上述初步场地选择结果,2019年夏天开展了部分场地的关键特征(光谱反射率和BRDF)观测试验,并兼顾了FY-3D MERSI场地替代定标试验。基于柴达木盆地周边小柴达木湖西(XCDH＿W)和十道班(SHDBAN)场地的实测地表反射率光谱数据对所选PICS的定标应用能力进行了有效性验证。地表反射率光谱形状均符合沙地的光谱曲线特征,将无人机在100m高度和MODIS Terra卫星平台上所观测的光谱分别与地面观测进行对比,结果均具有较高一致性。表明局地的地表实测光谱能够表征更大观测尺度下的场地辐射特性,验证了场地的均匀性。基于VNIR波段的4参数光谱模型对场地实测光谱进行模拟,RMSE小于0.5%,确定系数达到0.995。基于实测和模拟的地表反射率光谱分别正演TOA反射率与FY-3D MERSI的卫星观测进行比较,两个场地两种地表光谱输入状况下的相对百分偏差整体均低于5%。结果表明XCDH＿W和SHDBAN场地能够有效地应用在FY-3D MERSI的定标中,具有对国产气象卫星提供辐射定标的能力。本论文还基于典型PICS敦煌场(DHANG)采用场地自动化辐射定标方法对卫星仪器的辐射定标性能跟踪能力进行了应用示范。利用具有较高精度的MODIS观测数据对自动化辐射定标方法的精度进行验证,结果表明该方法在VNIR具有3%的定标精度,在SWIR具有5%的定标精度,标准差范围从1.95%到3.67%。基于该方法对国产气象卫星光学载荷FY-3B VIRR、FY-3C VIRR进行了3年多,FY-3D MERSI 2年多的辐射性能跟踪,并将FY-3C VIRR的自动化定标跟踪结果与多场地定标方法结果进行比较。三颗光学载荷各个通道的定标斜率存在季节变化,体现了敦煌场在定标中的季节变化,但总体稳定,验证了基于场地自动化观测对光学载荷进行长时间序列辐射性能跟踪的能力。与多场地定标方法相比,在整个3年时间尺度上的平均值具有较好的一致性。自动化辐射定标方法精度可靠,可考虑扩展应用于其他场地,并应用于更多光学载荷自动化场地定标。
中文关键词再定标 ; 光学载荷 ; PICS ; 辐射基准 ; 野外光谱仪 ; 自动化辐射定标
语种中文
国家中国
中图法分类号P413
来源机构中国气象科学研究院
资源类型学位论文
条目标识符http://119.78.100.177/qdio/handle/2XILL650/355545
作者单位中国气象科学研究院
推荐引用方式
GB/T 7714		 何灵莉. 我国西北准不变定标场（PICS）的选取评价和辐射定标应用[D]. 中国气象科学研究院,2020.
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