风云三号B星(FY-3B)中分辨率光谱成像仪(Medium resolution spectral imager, MERSI)的两个短波红外波段(1.64和2.13 μm) 采用光伏碲铬汞探测器,由于辐冷问题导致短波红外波段探测器的实际工作温度远高于设计值,影响了其在轨辐射特性。 对处于高温工作状态的FY-3B MERSI短波红外波段的长时间序列在轨辐射特性进行了较为系统的研究分析。采用冷空观测和 遥测温度时间序列数据开展了工作温度对遥感器响应的影响分析,发现短波红外波段的冷空值与探测器温度之间存在正 相关关系。采用线性模型描述仪器响应的温度依赖性,获得了温度校正因子；温度每变化1度, 1.64和2.13 μm波段冷空观 测值分别变化约0.7%和5%。进行温度校正后,冷空观测时间序列的波动显著降低。采用全球多目标定标方法获得了 短波红外波段的在轨辐射响应变化,在参考温度下,2011年11月至2016年12月,1.64和2.13 μm波段的总衰减分别 约为6%和11%。通过与Aqua中分辨率成像光谱仪(Moderate-resolution imaging spectroradiometer, MODIS)的 多年交叉比对分析,发现不管是否在定标过程中进行温度校正,采用基于长时间序列趋势建模的日定标更新后MERSI 与MODIS的辐射偏差较为稳定,可以满足7%的定标指标要求。

为保证卫星在轨自动化定标中气溶胶光学特性观测的精度, 针对基于相对稳定大气条件的Langley定标和基于高精度参考仪器的交叉定标, 开展了辐射校正场太阳光度计的现场定标技术研究.定标结果表明高精度太阳光度计Langley定标和交叉定标与CE318太阳光度计反演的气溶胶光学厚度最大偏差分别在0.015和0.01以内.计算分析了大气条件、仪器参数等对现场定标的影响, 将定标后的仪器和CE318太阳光度计放在青海湖同步比对观测, 气溶胶光学厚度最大偏差在0.01以内.敦煌辐射校正场太阳光度计现场定标误差对卫星在轨定标的影响不超过0.21%, 表明定标结果能够满足卫星在轨自动化定标的精度要求.

风云四号A星在轨替代定标试验于2017年4月下旬在敦煌辐射校正场正式开展, 为满足地表反射率在遥感器视角方向上的校正需求, 利用便携式定点测量装置对敦煌戈壁地表进行了方向特性测量.定性分析了敦煌场地春季的方向特性, 并基于RossThick-LiSparseR核驱动模型反演了相应的双向反射分布函数模型参数, 构建了场地方向特性定量描述模型.对模型的计算值与实测数据进行线性回归分析, 得到2017年4月26日、27日和28日的修正决定系数分别在0.75、0.83和0.85左右, 验证了该模型对实测数据具有良好的拟合优度.利用模型计算太阳方位面上的各向异性因子并与中分辨率成像光谱仪双向反射分布函数模型参数产品的历史数据进行对比发现, 当观测天顶角小于40°时, 二者相对偏差在波段2和波段4均小于1.56%, 波段5小于3.12%.这说明构建的模型能较好地描述敦煌场地方向特性, 验证了试验数据的可靠性.

为解决FY-3C/MERSI反射波段非线性响应导致传统两点定标不适用问题，提出了在轨宽动态综合辐射定标方法。融合多种不依赖于地面同步测量的替代方案，利用各方案定标样本的多等级反射率特性，实现遥感器宽动态范围的辐射定标。每种方案的定标样本采用分段平均方法进行等权重融合，最终定标系数基于融合后样本通过加权拟合回归获得。非线性特征采用发射前室外定标实验分析的二次项系数进行修正，在轨计算定标斜率和截距。分析和验证结果表明：各替代方案样本分布具有很好一致性，融合样本相关性可达0.99；综合定标结果在反射率大于10%的中高端目标回归残差小于1%，高端定标结果与基于深对流云目标的交叉定标(DCC)检验样本的相对差异小于1.5%，敦煌同步观测实验检验结果表明中端精度优于3%；由于MERSI对低亮度辐射响应能力显著降低，发射前室外定标实验获得的非线性系数不能适用，定标结果在低目标反射率出现高估现象。该成果可应用于所有FY-3C/MERSI反射通道，明显降低两点法定标的不确定性以及非线性的影响。

第一个卫星水色遥感器--海岸带水色扫描仪(CZCS)的成功运行, 展示了全球海洋浮游植物卫星遥感观测的可行性。在接下来的几十年间, 相继发射了更为先进的卫星水色遥感器, 包括极轨水色遥感器(如SeaWiFS, MODIS, MERIS)和静止轨道水色遥感器(GOCI)。这些卫星遥感数据极大地提高了我们观测海洋生物地球化学过程的能力。除了卫星遥感器硬件系统的发展, 在数据产品以及处理软件方面也取得了很大的进步, 包括更准确的大气校正和水体性质反演算法。本文简要地对过去几十年间水色遥感的重要进展进行总结和评述。

卫星资料辐射定标精度是其定量应用的关键因素。 以METOP-A/IASI的高光谱探测资料为传递基准, 利用同时星下点观测的交叉定标方法, 对 FY-3A/MERSI热红外通道的在轨辐射定标精度进行了客观评估, 并给出了亮温系统偏差的订正因子。 从观测时间差异、 卫星观测天顶角和方位角差异、 以及目标均匀性四个方面, 分析了交叉定标中所用主要匹配近似因子的不确定性。 分析结果表明, 目标均匀性是匹配误差的主要来源, 偏差不确定性小于2%(当亮温偏差约为1 K时, 不确定性<0.02 K), 其他因素的影响可以忽略。 一年多的样本统计及偏差分析结果显示, MERSI的观测亮温明显高于IASI, 年平均亮温偏差约(3.18±0.34) K, 月平均亮温偏差呈现季节波动特征, 波动幅度约0.8 K。 与相近时期敦煌场和青海湖地同步观测评价结果有非常好的一致性。 初步原因分析推断, 造成MERSI亮温偏高的原因主要有两个, 一是星上黑体发射率被高估, 二是光谱响应函数向大气窗区漂移, 后者可能为主导因素。

鉴于中分辨率光谱成像仪不能实现反射太阳波段的星上绝对辐射定标, 提出了基于地表方向模型、 矢量辐射传输模型6SV并联合MODTRAN吸收透过率校正的敦煌场替代定标新方法, 4年的同步定标结果表明, 除了水汽吸收中心波段之外, 定标不确定度小于5%, 而多数波段优于3%。 以Aqua MODIS为辐射基准的大气顶辐射计算试验表明, 正演与卫星观测间的平均偏差在波长<1 μm的窗区波段小于3%, 波长>1 μm的小于5%(除了2.1 μm波段); 此外, 经场地定标的MERSI 表观反射率与MODIS具有很好的一致性。 基于多年的场地定标结果发现: 可采用二次多项式拟合定标系数的时间变化, 进而实现逐天的定标更新; 波长<0.6 μm的波段衰变较大, 波段8(0.41 μm)入轨第一年的衰变率约为14%; 在轨初期衰变最大, 一年后趋缓, 两年后部分波长>0.6 μm的波段出现响应增加现象。

FY-3A中分辨率光谱成像仪(MERSI)红外通道采取40探元跨轨并行扫描方式，针对其辐射定标要比传统单元探测器的辐射定标复杂的问题，研究了MERSI红外通道的多探元辐射定标方法。首先，基于星上黑体观测进行逐探元的辐射定标处理，消除探元辐射响应差异条纹；然后，利用各探元与基准探元光谱响应对不同温度黑体光谱辐亮度建立比值关系，基于其随着辐亮度呈非线性变化的关系，对逐探元定标后图像进行探元光谱差异的辐亮度归一化补偿，从辐射机理上最大限度地消除图像条纹，实现了多探元观测目标辐射信号的光谱响应差异归一化。为了验证MERSI红外通道辐射定标精度，文中还利用同时过星下点观测(SNO)交叉定标方法，将MERSI定标结果与美国Terra中分辨率成像光谱仪(MODIS)定标结果进行比对，结果显示，相对于后者,MERSI的红外通道亮温高1 K左右，认为这可能与两者的通道带宽不同有关。

浒苔分布的大范围遥感监测是应对浒苔灾害的迫切要求。 对于海面漂浮浒苔, 已基本实现了有效的光学遥感监测。 针对水下悬浮浒苔情形, 开展了海面光谱响应的辐射传输模拟研究, 分析了海面光谱随浒苔厚度、 悬浮深度、 水体浑浊度以及环境条件的变化规律。 研究发现： 随浒苔悬浮深度、 水体浑浊度的增加以及浒苔厚度的减小, 海面光谱所包含的浒苔信息减弱, 海水颜色(光谱主波长和纯度)也随之发生变化； 水气界面粗糙度、 云覆盖程度以及太阳天顶角等环境因素的影响可忽略； 可引起海面光谱变化的浒苔最大悬浮深度, 在黄海清洁水体中约为30 m, 在浑浊水体中约为1 m。