海水表面溫度、鹽度衛(wèi)星遙感與業(yè)務應用

第 1 篇 海水表面溫度 (SST)衛(wèi)星遙感與業(yè)務應用/1

第 1 章 緒 論… ……2

1.1 目的與意義……2

1.2 千米級空間分辨率衛(wèi)星遙感 SST 的發(fā)展… ……3

1.3 百米級空間分辨率衛(wèi)星遙感 SST 的發(fā)展… ……3

第 2 章 熱紅外遙感溫度反演基本理論……4

2.1 電磁波譜……4

2.2 熱輻射基本概念……5

2.2.1 黑體與灰體 ……5

2.2.2 發(fā)射率 ……5

2.2.3 反射率、吸收率和透射率 ……5

2.2.4 SST……6

2.2.5 亮度溫度 …6

2.2.6 輻射強度 ……6

2.2.7 光譜輻亮度 ……7

2.3 熱輻射基本定律……7

2.3.1 基爾霍夫定律 (Kirchoff Law) ……7

2.3.2 普朗克定律 (Planck Radiation Law) ……7

2.3.3 斯忒藩－玻耳茲曼定律 (Stefan-Boltzmann Law) ……8

2.3.4 維恩位移定律 (Wiens Displacement Law) ……8

2.4 物體的熱紅外輻射特性……8

2.4.1 太陽的熱紅外輻射特性 ……8

2.4.2 地物的熱紅外輻射特性 ……9

2.4.3 大氣對熱紅外輻射的影響 …9

2.5 海水的紅外特性……10

2.5.1 海水紅外特性的影響因素 ……11

2.5.2 相對反射率 ……11

第 3 章 海水表面溫度遙感反演方法……13

3.1 熱紅外遙感與大氣窗口……13

3.2 輻射傳輸方程法……14

3.3 單通道法……14

3.4 分裂窗法……15

3.5 多通道法……16

第 4 章 海表溫度遙感反演衛(wèi)星與算法簡介…17

4.1 靜止軌道衛(wèi)星……17

4.1.1 Meteosat 氣象衛(wèi)星系列 ……17

4.1.2 FY-2 氣象衛(wèi)星 ……18

4.1.3 MTSAT 氣象衛(wèi)星 ……18

4.2 極地軌道衛(wèi)星……18

4.2.1 NOAA/AVHRR 氣象衛(wèi)星系列 ……18

4.2.2 MODIS 傳感器 ……20

4.2.3 FY 系列氣象衛(wèi)星 ……21

4.2.4 HY 系列衛(wèi)星 ……21

4.3 陸地資源類衛(wèi)星……23

4.3.1 Landsat 系列衛(wèi)星 ……23

4.3.2 ASTER 系列傳感器 ……24

4.3.3 中巴 CBERS-02 IRMSS ……25

4.3.4 環(huán)境衛(wèi)星 HJ-1B IRS ……26

第 5 章 MODIS 海表溫度遙感方法… ……28

5.1 概述……28

5.1.1 算法和產品標識 ……28

5.1.2 算法概述 ……28

5.1.3 文檔內容 ……28

5.1.4 相關文檔和出版物 ……29

5.2 實驗目標……29

5.2.1 概要與背景信息 ……29

5.2.2 實驗目標 ……29

5.2.3 歷史回顧 ……29

5.2.4 儀器特征 ……30

5.3 海表溫度算法 … ……30

5.3.1 算法描述 ……30

5.3.2 評測 ……31

5.3.3 前發(fā)射算法與測試開發(fā) …32

5.3.4 后發(fā)射算法 ……38

5.3.5 前發(fā)射算法與試驗/ 開發(fā)活動 ……41

5.3.6 后發(fā)射活動 ……48

5.3.7 數(shù)據生產中真實性檢驗結果的完成情況 …50

5.4 使用現(xiàn)場海表溫度開展的真實性檢驗……50

5.4.1 用現(xiàn)場 SST 測量數(shù)據開展的真實性檢驗 …50

5.4.2 現(xiàn)場 SST 源和其他環(huán)境變量 ……50

5.4.3 MODIS 數(shù)據提取 ……51

5.4.4 匹配數(shù)據庫含義 ……52

5.4.5 質量控制與診斷 …52

5.4.6 特殊情況處理 ……53

5.4.7 數(shù)據變量 ……53

5.4.8 輸出產品 ……53

5.4.9 壓制因素 ……53

第 6 章 FY-3A 衛(wèi)星海表溫度業(yè)務化算法… ……54

6.1 引言……54

6.2 研究區(qū)域與數(shù)據……56

6.2.1 研究區(qū)域 ……56

6.2.2 數(shù)據 ……56

6.3 研究方法……59

6.3.1 技術路線 ……59

6.3.2 精度評價方法 ……60

6.4 FY-3A/VIRR 非線性海表溫度反演算法研究……60

6.4.1 Tsfc 參量的獲取 …61

6.4.2 NMEMC_SSTFY-3A 算法建立 ……62

6.5 算法應用與驗證……62

6.5.1 NMEMC_SSTFY-3A 業(yè)務化算法實際應用 ……62

6.5.2 算法驗證 ……63

6.6 FY-3A/VIRR 海表溫度專題產品…63

6.6.1 每日產品 ……63

6.6.2 月均產品 ……64

第 7 章? FY-3A衛(wèi)星海洋大氣柱水汽含量遙感反演……65

7.1 引言……65

7.2 研究區(qū)域與數(shù)據……66

7.2.1 研究區(qū)域 ……66

7.2.2 數(shù)據 ……67

?7.3 研究方法……69

7.3.1 技術路線 ……69

7.3.2 精度評價方法 ……70

7.4.1 基本原理 ……71

7.4.2 通道比值法 ……72

7.4.3 FY-3A/MERSI 大氣水汽反演算法 ……72

7.5 實際應用與精度分析……73

7.6 FY-3A/MERSI 大氣柱水汽含量專題產品… ……76

第 8 章 HJ-1B 衛(wèi)星海表溫度反演算法… ……77

8.1 引言…77

8.2 研究區(qū)域與數(shù)據…79

8.2.1 研究區(qū)域 ……79

8.2.2 現(xiàn)場實測數(shù)據 ……79

8.2.3 衛(wèi)星影像數(shù)據及預處理 ……80

8.2.4 數(shù)據匹配及質量控制 ……80

8.3 研究方法……81

8.3.1 技術路線 ……81

8.3.2 精度評價方法 ……82

8.4 HJ-1B/IRS SST 反演業(yè)務化云檢測方法… ……82

8.4.1 衛(wèi)星云檢測光譜基礎 ……83

8.4.2 真實性檢驗數(shù)據 ……84

8.4.3 云檢測方法 ……84

8.4.4 云檢測技術流程 ……85

8.4.5 云檢測結果與對比分析 ..85

8.5 改進Qin單窗算法的建立… …88

8.5.1 算法的建立 ……88

8.5.2 算法驗證 ……89

8.5.3 關鍵參量敏感性分析 ……90

8.6 線性訂正Artis算法建立……92

8.6.1 Artis 算法簡介 ……92

8.6.2 線性修訂Artis 算法的建立 ……93

8.6.4 關鍵參量敏感性分析 ……96

8.7 HJ-1B 海表溫度專題產品……97

第 9 章 海表溫度衛(wèi)星產品的業(yè)務化生產與質量控制……98

9.1 衛(wèi)星遙感業(yè)務化監(jiān)測的意義……98

9.2 技術依據……98

9.3 數(shù)據源……99

9.3.1 衛(wèi)星數(shù)據 ……99

9.3.2 浮標數(shù)據 ……99

?9.4 SST衛(wèi)星產品生產……99

9.4.1 單軌SST 產品 ……99

9.4.2 單軌衛(wèi)星海表溫度產品的準確度檢驗 ……100

9.4.3 平均SST 產品計算 ……__________100

9.4.4 評價結果的不確定性分析 ……101

9.5 SST業(yè)務化衛(wèi)星產品……102

9.5.1 全國海水溫度狀況 ……102

9.5.2 海區(qū) SST 衛(wèi)星產品 ……106

9.5.3 省級SST 衛(wèi)星產品 …107

第 10 章 海水溫度的時空變化分析… …108

? 10.1 長時序海水溫度變化趨勢分析……108

10.1.1 數(shù)據來源 ……108

10.1.2 分析方法 ……108

10.1.3 分析結果 ……109

10.2 2003 — 2013 年海表溫度時空變化規(guī)律……111

10.2.1 數(shù)據來源 ……111

10.2.2 分析方法 ……113

第 2 篇 海水表面鹽度 (SSS) 遙感/119

第 11 章 SSS 微波遙感……120

11.1 研究背景及意義……120

 11.2 觀測方式發(fā)展進程……120

11.2.1 SSS 微波遙感理論 ……122

11.2.2 SSS 衛(wèi)星遙感方法 ……123

11.2.3 SSS 衛(wèi)星遙感影響因子 ……123

第 12 章 SSS 衛(wèi)星遙感……126

 12.1 SMOS衛(wèi)星……126

12.1.1 SMOS 衛(wèi)星計劃 ……126

12.1.2 SMOS 衛(wèi)星SSS 遙感方法 ……127

12.1.3 衛(wèi)星產品 ……130

? 12.2 Aquarius/SAC-D衛(wèi)星… …130

12.2.1 Aquarius/SAC-D 衛(wèi)星計劃 …130

12.2.2 遙感方法 ……132

12.2.3 衛(wèi)星產品 ……____4簞_4髙132

第 13 章 中國南海 SSS 衛(wèi)星遙感準確度評估……133

13.1 SMOS衛(wèi)星……133

13.1.1 評估數(shù)據與方法 ……133

13.1.2 評估結果 ……135

 13.2 Aquarius/SAC-D衛(wèi)星… ……136

13.2.1 評估數(shù)據與方法 …136

13.2.2 評估結果 ……136

第 14 章 SMOS 衛(wèi)星 RFI 源檢測及算法修正… ……138

 14.1 MIRAS成像儀的特征… ……138

 14.2 RFI 源檢測算法……139

14.2.1 角域檢測算法 ……139

14.2.2 Stokes 參數(shù)檢測算法 ……139

14.3 RFI 源檢測結果……140

14.3.1 Stokes 參數(shù)檢測結果 ……140

14.3.2 角域檢測結果 ……141

14.3.3 結果分析 ……143

14.4 RFI 減緩及算法參數(shù)修正…145

14.4.1 RFI 減緩算法相關程序 …… 145

14.4.3 RFI 減緩算法參數(shù)修正 ……146

14.4.4 修正算法可行性分析……147

第 15 章 SSS 衛(wèi)星遙感業(yè)務化產品… ……150

15.1 產品生產流程……] 150

 15.1.1 數(shù)據預處理……]151

]15.1.2 時空修正……] 151

 15.1.3 最優(yōu)插值法……]151

15.2 產品真實性檢驗……152

參考文獻…154

附錄 A FY-3A_VIRR L1 數(shù)據定標方法及相關參數(shù)… ……166

附錄 B FY-3A_MERSI L1 數(shù)據定標方法及相關參數(shù)… ……169

附錄 C 環(huán)境減災星座A/B星各載荷在軌絕對輻射定標系數(shù) — 2012…171