大气气溶胶对用红外窗区通道遥感陆面温度的影响

分析了大气气溶胶对红外窗区通道辐射传输的影响,考察了在用红外窗区通道反演陆面温度中,大气温度和湿度廓线没有误差时,大气气溶胶的不确定性对反演精度的影响,以及大气温度、湿度和气溶胶同时有偏差对地面温度反演精度的影响。     

沙尘气溶胶对热红外分裂窗通道亮温和地表反演温度的影响研究

沙尘气溶胶通过改变地-气系统的热红外辐射传输可引起地表温度遥感探测结果发生变化.较系统地研究了冬季和夏季沙尘气溶胶光学厚度(AOD)变化对热红外分裂窗通道亮温(BT)和地表反演温度(LST)的影响,以及反演结果受大气水汽和地表因素的作用.红外辐射传输模拟计算表明:1)沙尘气溶胶影响下,热红外分裂窗通道亮温差小于零;2)随AOD增大,BT和LST都减小,其中LST减小的速度大于BT;3)不同水汽含量下LST变化不明显;4)当AOD较大时,LST主要反映沙尘层的温度信息.模拟结果与中国北方典型沙尘实例分析结果有较好的一致性.     

大气CO2反演方法影响因子分析

如果卫星遥感反演大气 精度要求达到1%,则可以通过全球连续高精度观测弥补地面观测的不足。在实际反演中,反演精度不仅受到卷云和气溶胶的影响,还受到其它诸多因素（地表温度,地表压力,地表反照率,大气湿度等）的影响。讨论分析了这些因子的影响：在以 US1976 美国标准大气为背景,观测高度是100 km条件下,运用最优非线性反演算法,使用逐线积分辐射传输模型LBLRTM模拟计算,模拟分析出地表温度、地表压力、地表反射率、大气湿度各增加1%和减小1%的情况下,对 反演结果的影响,以及各典型气溶胶对反演结果的影响。结果显示：海洋型,沙漠型,城市型,乡村型四种典型气溶胶对 反演结果的影响都比较大,影响最大的为海洋型气溶胶,能见度为5 km,影响百分比相对于 初始值(380 ppm)降低了27.18%,影响最小的为乡村型气溶胶,能见度为23 km,影响百分比相对于 初始值(380 ppm)减小了7.78%;地表反射率,地表温度,地表压力对 反演结果也有很大的影响,而大气湿度对反演结果的影响很小,基本可忽略不计。     

中红外双通道夜间数据地表温度反演方法

地表温度反演是红外定量遥感的核心内容之一.与热红外(8~14μm)数据相比,中红外(3~5μm)波谱区大气透过率更高、对发射率的敏感性更低,在温度反演方面具有独特的优势.引入热红外地表温度反演思路,发展了仅利用夜间中红外双通道数据的地表温度反演算法,分析了宽通道组合(3~4μm和4~5μm)和窄通道组合(3.929~3.989μm和4.020~4.080μm)模式下的温度反演精度以及模型对噪声和发射率的敏感性.结果表明,宽、窄两种通道组合模型的温度反演精度分别为~0.5 K和~0.3 K;噪声等效温差和地表发射率误差对窄通道组合模型的影响更大.     

陆面温度的反演算法和大气订正的影响

提出了由卫星辐射测量反演陆面温度的算法,可在不需要预先给定通道的地面比辐射率的情况下,同时确定地面温度和比辐射率。同时,为了了解实际应用这种算法的可能性,在一系列陆面温度反演的模拟试验中,考察分析了在大气温度和湿度廓线有各种不同的误差时大气订正对陆面温度反演精度的影响。结果表明,在大气证正中应用的大气温度和湿度的误差不超过通常由探空和卫星遥感得到的大气温度和湿度的误差时,反演得到的地面温度仍可具有     

高光谱分辨率资料通道选择方法研究

从用经典物理法反演大气参数的误差分析角度出发,利用贝叶斯原理探究了通道特性、背景误差、观测误差和仪器噪声等在反演大气参数时对反演精度的影响,提出了一个定量衡量通道对反演大气参数精度的贡献指标。以此指标为准则,对用高光谱分辨率资料反演大气温度廓线时的通道选择方案进行了设计和论证。以欧洲中心在2012年发射的第二代红外大气探测干涉仪(Infrared Atmospheric Sounding Interferometer,IASI)为对象,从8461个通道中选出了300个贡献指标最大的通道,并将它们与AAPP发布的应用通道作了比较。结果证明,本文选用的方法在选择反演大气温度廓线的通道时是有效可行的。     

高分辨率红外相机单窗与劈窗陆表温度反演精度分析研究

针对高分辨率热红外传感器单通道和劈窗设置,全面分析了影响陆表温度反演的各种因素,探讨劈窗和单窗对温度反演总精度的影响.首先利用辐射传输模型MODTRAN4.0,结合大量的TIGR探空廓线数据,建立广义劈窗算法和普适性单窗算法.接着进行算法拟合精度分析,以及地表比辐射率、等效噪声温度和水汽含量等不确定度对陆表温度反演精度的敏感性分析.最后得出不同比辐射率下,不同水汽含量下,劈窗和单窗算法地表反演总精度.研究表明单窗算法拟合精度低于劈窗算法,且随水汽含量增大而精度降低;水汽含量不确定度、地表比辐射率不确定及通道亮温NE△T对陆表温度反演总精度均有贡献,该贡献大小与水汽含量,比辐射率和地表温度均有关;影响单窗算法精度主要因素是算法拟合精度,影响劈窗算法精度主要因素是通道NE△T.在水汽含量较低时,单窗算法总精度与劈窗算法差不多,都在1K左右,水汽含量越大,单窗算法总精度越低,在2K左右,而劈窗算法总精度则变化不大.     

热红外遥感中大气透过率的研究(二): 大气透过率模式的应用

大气透过率是热红外遥感中的一个重要参数。针对前文构建的大气透过率模式, 以我国环境灾害卫星HJ-1B红外相机IRS第4通道的大气透过率模式为例, 利用辐射传输模型MODTRAN模拟水体辐亮度, 对模式中的变量引入不同的误差, 将模拟的辐亮度反演水温, 分析不同气溶胶模型、水汽量、能见度和观测天顶角对反演水温的敏感性。并将该大气透过率模式用于HJ-1B/IRS热红外图像中, 反演了2009年4月17日、21日、22日和25日太湖水温。研究结果表明: 同一波段、不同气溶胶模型的大气透过率模式在反演温度时会产生不同的误差, 以气溶胶模型为平流雾的最大、对流型的最小;大气透过率模式中3个变量的误差与温度反演的误差呈线性关系, 即变量的误差越大, 温度反演的误差也越大;以水汽量对温度反演最敏感, 观测天顶角其次, 能见度最弱。该大气透过率模式用于4天遥感图像反演中, 除4月17日反演的误差稍高, 均方根误差和平均相对误差分别为1.127 ℃和5.75%, 其他3天的均方根误差都小于1 ℃、平均相对误差在5%以下, 说明所建的大气透过率模式在热红外遥感中具有较高的应用精度。     

分裂窗辐射量线形组合反演陆面温度的影响因子分析

大气特性与地物发射率是影响陆温反演精度的主要因素,不同的分裂窗表达式用于陆温反演存在不同的反演结果,其中两通道辐射量线形组合形式的分裂窗算法受大气影响最小,反演温度的误差也最小.其反演温度的误差与大气透过率和大气向上辐射无关,但与地物的发射率、大气向下辐射相关.分裂窗表达式B(λ,′Ts°)=a.I(λ1)+b.I(λ2)+c中的反演系数a、b与大气向上辐射无关,但分别与通道1、通道2的大气透过率成反比.当定标点发射率不完全一致时,二者还与大气向下辐射相关;相反,如果定标点发射率完全一致,二者与大气向下辐射无关.使用辐射量线性组合的分裂窗形式反演陆温时,当大气向下辐射与地物的P lanck辐射越相近,误差越小.     

单通道物理法反演海表温度的参数敏感性分析及验证

定量分析了反演海表温度的单通道物理法对海水比辐射率、海面风速、海水盐度、大气透过率、大气上下行辐射等参数的敏感性,发现海水比辐射率、大气透过率对算法精度影响较大,是单通道物理法反演海表温度的主要误差来源.在不同的波段,单通道物理法对参数敏感性也有较大差别,中红外波段的敏感性要小于热红外波段.为了验证单通道物理法的可行性、精度及参数敏感性分析的结果,选择墨西哥湾海域2009年全年夜间MODIS实测数据进行实验.结果表明,中红外波段的单通道物理法反演海表温度的精度高于热红外波段,达到MODIS劈窗算法海表温度标准产品同等精度,这与参数敏感性分析的结果一致.由于中红外波段单通道物理法精度较高,一方面,可以满足常规的业务观测需求,为海表温度反演提供新的技术手段;另一方面,可用来标定劈窗算法系数,弥补海洋现场观测站位空间分布不足的问题.     

地基多通道微波辐射计在大气遥感中的应用

地基多通道微波辐射计可实时探测大气微波辐射亮温并反演出大气温度、水汽密度、相对湿度和液态水廓线等。本文主要介绍了自主研制的地基多通道微波辐射计以及数据反演方法,同时将微波辐射计反演的大气参数与探空资料对比分析了反演精度,结果表明微波辐射计观测反演大气温度、湿度和液态水廓线具有很好的精度。同时辐射计可实时精确的探测反演大气边界层逆温,能够很好的探测到地表辐射逆温的强度和逆温厚度,这对研究大气边界层有着重要作用。     

基于星载激光雷达双通道信息的气溶胶消光系数廓线反演算法研究

星载Mie散射激光雷达是当前应用最为广泛的获取全球尺度气溶胶剖面信息的探测设备。然而,大气气溶胶类型多样,通常假定气溶胶遵循特定模式并以此为先验,从而实现从激光雷达信号反演气溶胶消光系数廓线,但这一定程度上会影响反演精度的进一步提升。鉴于此,提出了一种基于星载激光雷达双通道信息的气溶胶消光系数廓线的迭代反演优化算法。该方法首先在给定的先验气溶胶模式下获得初始消光-后向散射比（即激光雷达比）,并基于此分别反演两个通道的气溶胶消光系数和光学厚度。同时借助构建的气溶胶光学厚度与气溶胶质量柱总量之间的关系,得到两通道独立估计的大气气溶胶质量柱总量。最后以两通道大气气溶胶质量柱总量相同为约束,实现仅依赖激光雷达数据的激光雷达比及气溶胶相关光学参数的迭代优化。由于双通道激光雷达观测的限制,该方法适用于两种类型气溶胶混合下的反演,利用内蒙古包头地区的多年气溶胶背景场,对反演模型的精度和适用性进行了评估。与采用经验估算激光雷达比的Fernald方法反演结果相比,所提算法反演的气溶胶消光系数廓线在532 nm和1064 nm通道的平均精度分别提高了21.16%和3.00%。此外,还将该方法应用在CALI...     

先进微波探测器资料反演地表微波辐射率试验

利用美国环境卫星A型先进微波探测器AMSU-A资料反演中国陆地区域地表微波辐射率.通过辐射传输正演模拟,提出了AMSU-A窗区通道反演地表微波辐射率的指数分析方法.利用模拟数据对比了指数分析方法和以往通道亮温组合方法.结果表明:对于地表比较干燥的地区,指教分析的反演结果略优于通道亮温组合的反演结果.在此基础上利用IGBP(International Geosphere-Biosphere Program)的地表分类数据,提取AMSU-A像元裸土组分的面积百分比信息,并进一步应用于AMSU-A像元裸土组分地表微波辐射率的反演试验,提高了反演精度,并可进一步应用于区域地表湿度信息提取和大气参数反演,以及AMSU-A窗区通道陆地区域遥感信息在数值预报模式中的同化应用.     

基于大气吸收线特征的高光谱热红外数据地表温度/比辐射率反演算法

地表温度和比辐射率的准确提取和反演是热红外遥感的核心问题之一.由于地表温度/比辐射率反演问题的病态性,以及地表—大气强耦合特征等诸多问题,导致目前反演精度仍有待进一步提高.通过深入挖掘大气吸收峰/谷通道处下行辐射偏移量特性,提出了一种基于大气吸收线特征的高光谱热红外温度/比辐射率反演方法,并通过最优通道选择提高了算法的效率和精度.算法一定程度上可抑制大气校正不准确引入的误差,能够有效提高低比辐射率地物的反演精度.模拟数据结果表明:针对高比辐射率地物,算法与ISSTES方法的反演精度基本一致;针对低比辐射率地物,算法最大可提高温度0.48 K和比辐射率2.1%的精度.地面实测数据结果表明:约77%的样本温度反演误差优于1K,比辐射率误差均值优于0.01.     

基于卫星红外窗区数据的云顶高度反演方法

云顶高度是云最基本且十分重要的参数,同时也是研究空域容量、航线高度配备和天气预测预警等的重要参数。简单描述了基于卫星资料反演云顶高度的主要方法的原理和优缺点,然后介绍了单红外窗区法、太阳光反射率-红外窗区法、H2O-红外窗区法和红外分裂窗查算表算法的原理和优缺点,并对相关卫星的业务算法进行了简要评述。接着对单红外窗区法反演对流云云顶高度进行了检验。结果表明,单红外窗区法反演不透明厚云的精度和相关性都很高。最后分析了影响各方法精度的原因,并对后续云顶高度反演方法进行了展望。     

大气温度和湿度廓线的CT遥感方法仿真研究

本文讨论了ＣＴ（计算机层析扫描）技术在廓线反演中的应用，７个适合本研究特点的红外光谱通道被确定，对温度和湿度廓线截面作了数值仿真，并与常规的正对地观测反演作了比较，结果表明ＣＴ方法可以提高温度反演精度达２０％以上，而湿度的反演则表现出对先验信息的较强依赖性．     

大气温度和湿度廓线的CT遥感方法仿真研究

本文讨论了ＣＴ技术在廓线反演中的应用，７个适合本研究特点的红外光谱通道被确定，对温度和湿度廓线截面作了数值仿真，并与常规的正对地观测反常一作了比较，结果表明ＣＴ方法可以提高温度反演精度达２０％以上，而湿度的反演则表现出对先验信息的较强依赖性。     

部分云覆盖下红外辐射传输模型及对火山灰云的敏感性研究

针对我国新一代地球同步气象卫星FY-4的预期发射和数据应用,本文借助与FY-4卫星成像仪类似的Meteosat-8卫星的SEVIRI仪器数据资料开展先期研究,建立了一种部分云覆盖条件下红外辐射传输模型,模拟了不同大气条件、火山灰云高度、有效云量和观测天顶角情况下卫星观测的红外通道的亮度温度的变化。美国标准气候态大气廓线和火山灰区实时大气廓线两种模拟结果都表明,模型模拟的8.3~9.1μm,9.8~11.8μm,11~13μm,12.4~14.4μm的入瞳亮度温度对云高度、有效云量较为敏感,基本呈线性相关;卫星天顶角对模拟的辐射亮温的影响相对较小。通过不同大气廓线状态和火山灰云发射率情景下的测试结果表明,只有同时考虑大气条件和火山灰云通道发射率的差异后,模式才能够较好地模拟出火山爆发情景下火山灰云中酸性物质在11μm和12μm的反吸收特性。与大气条件相比,通道的发射率差异对火山灰云的遥感建模更为重要。因此,可在传统的分裂窗通道的基础上,通过热红外多通道亮温及亮温差异信息联合反演火山灰云高度和有效云量等因子,提高部分覆盖下火山灰云的微物理参数的反演精度。本研究为建立基于我国新一代静止气象卫星FY-4数据的火山灰云浓度定量反演模型提供了理论基础。     

一种热红外分裂窗辐射量线性组合的陆地温度遥感反演方法

分裂窗技术已成功应用于海温反演.但当其用于陆地温度反演时,通常产生较大误差.选用7类共51种标准地物,分析研究了各种分裂窗算法用于陆面温度反演所产生的误差及误差来源.提出了新的分裂窗算法,用分裂窗辐射量线性组合代替亮温线性组合.新的分裂窗反演算法受大气影响很小,使陆地温度反演精度优于3K,水体反演精度优于0.15K.     

卫星近红外偏振通道反演气溶胶光学厚度的气溶胶模型影响

卫星偏振测量是气溶胶遥感的一种重要手段.气溶胶模型的准确性是影响卫星遥感气溶胶参数精度的关键因素之一.在卫星反演气溶胶算法中,若忽略气溶胶粗模态贡献(星载偏振传感器气溶胶反演的一种常用假设)或选错气溶胶类型,均会带来反演结果的误差.基于六种典型的气溶胶类型(沙尘型、生物质燃烧型、乡村背景型、污染大陆型、污染海洋型和重污染型)模型,模拟研究了气溶胶模态和类型选择对卫星近红外偏振通道反演气溶胶光学厚度(AOD)的影响.利用矢量的辐射传输模式,模拟分析了六种气溶胶类型在865 nm波长的大气偏振反射分布函数(BPDF);发现大气BPDF与气溶胶粒子尺度密切相关,粗模态对大气BPDF的贡献远小于细模态;粗、细模态同时存在时,大气BPDF反而小于仅细模态时的BPDF.在此基础上,分析了"忽略粗模态贡献"和"选择错误气溶胶类型"两种情况下AOD的反演误差,得到如下结论:(1)忽略气溶胶粗模态贡献,会导致反演的细模态气溶胶光学厚度(AOD_f)偏小.六种典型气溶胶类型模型情况下,AOD_f反演结果可偏低12.3%~35.7%,其中沙尘型气溶胶时AOD_f反演误差最大,污染大陆型气溶胶时AOD_f反演误差最小.(2)若气溶胶类型选择错误,反演的AOD可能偏大或偏小,取决于与气溶胶类型对应的大气BPDF的差别.测试的六种气溶胶类型中,沙尘型与重污染型的大气BPDF差别最大,二者互换(即"选择错误")时,AOD反演误差最大,分别可达220.3%或-60.6%;乡村背景型与污染大陆型的大气BPDF差别最小,两者互换时,AOD反演误差最小,分别为7.1%和-3.0%.研究结果对于发展新一代星载偏振传感器及其气溶胶反演算法研究具有参考价值.