风云三号卫星中分辨率光谱成像仪反射太阳波段辐射再定标及其应用

论文摘要

搭载于风云三号卫星（FY-3）上的中分辨率光谱成像仪（MERSI）是现阶段我国获取云、水汽及气溶胶等气象观测资料的主要业务载荷。FY-3A/3B/3C MERSI三个载荷提供了覆盖2008年至今的长时间序列观测数据。遥感器的辐射定标是实现遥感信息定量化的前提和基础。当前FY-3系列卫星的定标,均以敦煌场地替代定标为主,约每年一次,定标频次低,不能有效反映遥感器在轨辐射性能的衰变,直接影响数据反演精度。FY-3A/3B/3C的MERSI遥感器存在辐射响应特性的差异,未能实现统一辐射定标,导致长期观测数据难以衔接,难以获得长时间序列、精度一致的遥感数据集。为了保证三个卫星载荷的长时间序列观测数据的一致性和精度稳定性,本文开展了载荷再定标技术研究,演示了应用效果。本文依据大约6TB历史数据的处理结果,提出了FY-3A/3 B/3C MERSI辐射再定标的技术方案。完成了以下主要研究内容:（1）针对单个载荷的单次辐射定标,详细评估了MERSI每个通道定标精度影响因子,包括地表反射率、大气辐射传输条件以及太阳天顶角,对MERSI辐射响应特性的影响。（2）针对三个载荷的长时间序列定标,利用Libya4以及Algeria5两个沙漠稳定场地,于2008年至今期间共计完成了1100余次定标,采用两个定标场地获得的遥感器增益之间的差异,表征再定标结果之间的一致性。通过与MODIS交叉定标,获得了FY3A MERSI的增益,与再定标获得的增益相差小于3%,说明了再定标结果的可靠性。（3）利用FY-3A、FY-3B和FY-3C MERSI三个载荷之间的交叉定标,以FY-3C MERSI作为参考基准校正了FY-3A和FY-3B MERSI的增益。以此为基础获得的Libya4场地的长时间序列归一化表观反射率,与MODIS结果的差异在±10%以内,说明了一致性校正方法具有可行性,初步解决了三个遥感器辐射响应的差异问题。（4）作为再定标研究结果的应用,本文根据FY3B MERSI遥感器长时间序列再定标增益,确定了星上定标光源辐射输出的衰减变化,为评估星上定标灯辐射输出的变化提供了一种独立且可行的技术手段。利用再定标获得的遥感器增益生成了敦煌场地地表反射率,经与场地实测结果对比,所有通道中心波长处的最大误差由33.39%降低至6.68%,说明再定标技术可显著提高长时间序列遥感数据的精度水平。本文所提出的再定标技术方案,可用于实现遥感器的高精度高频次辐射定标,为进一步理解遥感器的辐射响应衰减特性,进而提高遥感数据产品的定量反演精度提供了可行性手段。风云系列卫星长时间序列再定标数据产品可为长期持续研究地球表面及监测气候变化提供高精度数据支持。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
•   1.1 遥感与辐射定标概述
•     1.1.1 发射前定标
•     1.1.2 在轨星上定标
•     1.1.3 在轨场地定标
•     1.1.4 交叉定标
•   1.2 FY系列卫星概况及其定标历史回顾
•     1.2.1 FY-3A/3B/3C卫星及其MERSI遥感器介绍
•     1.2.2 FY-3A/3B/3C卫星MERSI遥感器数据处理
•     1.2.3 FY-3A/3B/3C MERSI遥感器定标历史回顾
•   1.3 辐射再定标概述
•     1.3.1 Landsat5/TM辐射再定标
•     1.3.2 FY-3A/3B/3C MERSI辐射再定标
•   1.4 论文主要研究内容及工作安排
• 第2章 遥感器在轨辐射定标的影响因素
•   2.1 不同地表反射率辐射特性研究
•     2.1.1 场地选择
•     2.1.2 影像预处理
•     2.1.3 辐射响应特性模拟
•   2.2 大气参数敏感性分析
•     2.2.1 大气传输特性
•     2.2.2 辐射响应特性模拟
•   2.3 本章小结
• 第3章 FY-3A/3B/3C MERSI辐射再定标
•   3.1 测试场挑选标准
•   3.2 沙漠稳定场地追踪原理
•   3.3 沙漠稳定场地追踪流程
•     3.3.1 DN值提取
• 3含量以及气溶胶光学厚度反演'>    3.3.2 水汽、O₃含量以及气溶胶光学厚度反演
•     3.3.3 BRDF计算
•     3.3.4 MODIS光谱通道插值
•     3.3.5 光谱匹配
•     3.3.6 6S辐射传输计算
•   3.4 沙漠稳定场地追踪结果
•     3.4.1 FY3A MERSI增益变化
•     3.4.2 FY3A MERSI再定标效果评估
•     3.4.3 FY3B MERSI增益变化
•     3.4.4 FY3B MERSI再定标效果评估
•     3.4.5 FY3C MERSI增益变化
•   3.5 本章小结
• 第4章 多载荷辐射响应一致性校正
•   4.1 FY3C MERSI交叉定标FY3A MERSI
•   4.2 FY3A MERSI交叉定标FY3B MERSI
•   4.3 一致性评估
•     4.3.1 相对一致性评估
•     4.3.2 绝对一致性评估
•   4.4 本章小结
• 第5章 辐射再定标应用
•   5.1 可见光星上定标器辐射输出衰减分析
•     5.1.1 星上定标
•     5.1.2 交叉定标
•     5.1.3 MERSI遥感器星上定标灯辐射输出衰减变化
•   5.2 生成敦煌目标场地地表反射率产品
•     5.2.1 敦煌辐射校正场
•     5.2.2 生成敦煌地区地表反射率
•   5.3 本章小结
• 第6章 总结和展望
•   6.1 结论
•   6.2 创新点
•   6.3 存在的问题及展望
•     6.3.1 存在的问题
•     6.3.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 博士在读期间发表的学术论文

文章来源

类型: 博士论文

作者: 支丹丹

导师: 郑小兵

关键词: 风云卫星,遥感器,辐射再定标,星上定标,稳定沙漠场地追踪

来源: 中国科学技术大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 气象学

单位: 中国科学技术大学

分类号: P407

总页数: 146

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