1 上海大学 通信与信息工程学院，上海 200444
2 中原工学院 理学院，河南 郑州 450007
3 上海市气象局，上海 200030
红外高光谱大气垂直探测仪数据的垂直空间特性由探测仪光谱性能指标间接决定，并与所关注的大气参数及其变化有并。本文在剔除大气参数探测信噪比过低的无效通道的基础上，针对 FY-4A卫星红外高光谱大气垂直探测仪GIIRS数据对水汽和臭氧变化响应的峰值高度、高度分辨率、垂直不对称性及垂直覆盖范围进行了评估，并与大气温度探测的垂直空间特性评估结果进行对比分析。结果表明： 1）和大气温度一样，FY-4A GIIRS 对大气水汽具有垂直分布探测能力，水汽探测垂直覆盖12 km以下对流层（探测峰值高度在11 km以下），而大气温度探测覆盖整个对流层和平流层中下层； 2）FY-4A GIIRS 对臭氧具有10～21km高度范围臭氧总量探测能力，探测峰值高度集中在16.4 km附近。本研究有助于从探测垂直空间特性角度把握FY-4A GIIRS 红外高光谱数据应用能力。
垂直空间特性 红外高光谱 FY-4A GIIRS 水汽 臭氧 vertical space characteristics infrared hyper-spectral FY-4A GIIRS water vapor ozone
1 中国科学院上海技术物理研究所，上海 200083
2 中国科学院红外探测与成像技术重点实验室，上海 200083
3 中国科学院大学，北京 100049
4 上海市气象局，上海 200030
针对高光谱推扫影像间相机光心不重合，在配准过程中利用传统全局单应性矩阵对齐方式会有误差的问题，提出了一种基于SPHP（Shape-Preserving Half-Projective）并且考虑光谱信息的高光谱推扫图像的拼接方法（H-SPHP）。主要步骤包括：1）基于正解法的视矢量几何校正；2）基于先验知识和PCA的基准波段选择；3）基于SPHP的网格优化对齐方法；4）加权平均融合算法进行融合；5）将拼接参数应用于所有波段，得到拼接后的高光谱数据。对福建三明和江西南昌等区域获取实验影像，通过对研究数据的拼接实验表明，本文算法具有很强的鲁棒性，消除视差和地理坐标精度比SIFT+单应性变换算法都有较大提高，拼接后波段间配准精度在一个像元内，重叠区光谱相似度在90%以上。
航空摄影测量 影像拼接 H-SPHP 高光谱推扫影像 aerial photogrammetry image mosaic H-SPHP hyperspectral push-scan image
1 上海大学通信与信息工程学院，上海 200444
2 中原工学院理学院，河南 郑州 450007
3 上海市气象局，上海 200030
4 中国气象局气象卫星用户办公室，上海 200030
总结了红外大气探测技术从滤光片式、光栅式到干涉式，从多光谱到高光谱的发展历程，阐述了探测通道优选的必要性。就国内外学者在大气垂直探测通道优选方面所做的工作进行了系统分析，包括基于信息熵的方法、基于权函数矩阵的方法和基于误差矢量的方法。从数学模型和物理含义角度分析了各方法的原理、特点及发挥的作用，比较了各方法的差异和优缺点。该研究可为红外大气垂直探测通道优选方法的合理选用提供支持，同时为红外大气垂直探测通道优选方法的进一步发展奠定基础。随着我国FY-4A静止气象卫星及FY-3D极轨气象卫星的发射，本文结果将为我国风云（FY）卫星红外高光谱大气垂直探测数据应用以及仪器的设计和发展提供支持，同时也为充分发挥我国风云（FY）气象卫星红外高光谱大气垂直探测技术的应用效益添砖加瓦。
通道优选 红外高光谱 大气垂直探测 信息熵 雅可比矩阵 误差矢量 channel selection infrared hyperspectral atmospheric vertical sounding information entropy Jacobi matrix error vector
1 华东师范大学地理信息科学教育部重点实验室, 上海 200241
2 华东师范大学地理科学学院, 上海 200241
3 中国气象局气象卫星用户办公室, 上海 200030
4 上海市气象局, 上海 200030
针对中国第二代静止气象卫星风云四号(FY-4A)的干涉式大气垂直探测仪(GIIRS), 从信息容量的角度, 运用分步迭代法, 以及精确型辐射传输模式LBLRTM, 进行温度探测通道优选试验。计算得到在全球范围反演温度廓线的56个优选通道以及FY-4A探测范围的58个优选通道, 所选通道自身信息容量较高, 相互之间相关性小, 可应用于大气温度廓线反演和数据同化研究。
风云四号A 干涉式大气垂直探测仪 通道优选 红外高光谱 信息容量 FY-4A interferometric atmospheric vertical detector channel selection infrared hyperspectral information content
1 上海市气象局, 上海 200030
2 中国气象局气象卫星用户办公室, 上海 200030
基于成熟的相函数近似方法Delta-M和Delta-fit，解释了结合相函数矩不变要求和特定角度范围误差最小化要求这一组合方案Delta-combine的物理含义，并分析了不同要求衔接点位置对散射强度的影响。在此基础上，以Cloud和Haze散射相函数为例，对Delta-M、Delta-fit和Delta-combine近似方法计算辐射强度和辐照度的效果进行对比，进而统计分析了三种相函数近似方法在不同光学厚度情况下的适用性。结果表明，随着组合衔接点的后移，Delta-combine方法强度绝对误差均方根(RMS)减小，相对误差RMS先减小后增大；Delta-M、Delta-fit和Delta-combine，三种方案均能够保证能量平衡；对不同光学厚度，Delta-M和Delta-combine方法计算的强度绝对误差RMS比Delta-fit小；对于相对误差，当光学厚度较小时，Delta-fit效果较好，随着光学厚度增大，Delta-combine方法最优。
散射 辐射传输 强度 近似 散射相函数
1 中国科学院上海技术物理研究所, 上海 200083
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 上海市卫星遥感与测量应用中心, 上海 201199
在天基紫外探测系统中，定量地估计由地气背景浮动引起的杂波辐射有利于对不同场景探测通道(包括中心波长和光谱范围)的有效选择，提高对空间目标的综合探测性能。从空间信号传输的角度出发，在290~400 nm 的“紫外窗口”区建立了不同场景空间杂波辐射模型，并利用该模型分析了空间背景杂波辐亮度的主要影响因素。在可能的目标辐射特性与地气背景杂波水平下，对杂波影响下的系统探测性能进行了有效估算。结果表明：在晴空探测条件下，探测系统的中心波长和光谱范围应分别选为300 nm 和297~306 nm，而在完全充满卷云的视场，探测系统的中心波长和光谱范围应分别选为299 nm 和296~303 nm。
大气光学 杂波辐射 仿真 探测器 紫外 目标探测
1 中国科学院上海技术物理研究所, 上海 200083
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 上海市卫星遥感与测量应用中心, 上海 201199
4 中国资源卫星应用中心, 北京 100094
利用辐射传输模型MODTRAN5模拟计算了红外高光谱仪在光谱分辨率、光谱定标精度、地面反射率、大气廓 线以及辐射分辨率对CO2 气体含量探测敏感性的影响,同时定义探测辐亮度随气体含量改变的变化量指标S值, 并对探测灵敏度、光谱分辨率和信噪比SNR的关系进行了综合分析。为我国红外高光谱大气探测仪的设计以 及高光谱大气成分反演研究的开展提供重要的科学依据。对CO2 柱总量反演通道的选择和实现CO2 气体探 测敏感参数分析具有重要的参考价值。
辐射传输模型 高光谱探测 探测灵敏度 radiative transfer mode MODTRAN5 MODTRAN5 hyperspectral sounding sounding sensitivity CO2 CO2
1 国家环境保护卫星遥感重点实验室, 北京100101
2 中国科学院遥感应用研究所, 北京100101
3 上海市卫星遥感与测量应用中心, 上海200083
一类水体的标准大气校正算法利用两个近红外通道（748和869 nm）的辐射比值选择气溶胶模型, 然后外推估算各波长的气溶胶贡献, 实现离水反射率的反演。 两个近红外通道的辐射探测值的不确定性会直接影响反演精度。 从数学形式上研究近红外通道测量误差在大气校正中的传递机制, 通过敏感性试验分析不同光学厚度和气溶胶模型条件下离水反射率的反演误差分布。 结果表明, 两个近红外通道的测量误差组合情况对反演结果精度影响程度不同, 同号时误差较小, 异号时误差较大; 气溶胶模型中的细粒子组分越多, 反演的误差越大; 光学厚度越大, 反演误差也越大。
近红外 水体大气校正 离水反射率 误差传递 Near-infrared Water atmospheric correction Water-leaving reflectance Error propagation 光谱学与光谱分析
2013, 33(7): 1781
1 上海市卫星遥感与测量应用中心, 上海 201199
2 南京大学,江苏 南京 210093
基于对大气中水汽重要性及GPS测量大气水汽优势的双重认识,进入本世纪以来,华东区域各省气象部门联合与测 绘院、天文台等其他部门建起了相当规模的GPS气象探测网(GPS/MET)。根据2010年华东区域地基GPS/MET数据,选择 与GPS站相距10 km内的无线电探空站资料,对华东区域地基GPS/MET反演的大气整层可降水量(PWV)、大气整 层湿延迟(ZWD)和大气整层总延迟(ZTD)进行精度检验,结果表明: (1)GPS/MET反演的PWV与探空结果相比具有 很高的一致性,平均误差在1 mm以下,相对误差11.54%; GPS/ZTD反演的精度更高,百分比误差小于1%。(2)反 演的各个量与探空资料具有很高的相关性,其中平均相关系数中PWV和ZWD都超过0.98, ZTD为0.977。对GPS/PWV精度 按季节进行相关系数分析得,除夏季相关系数为0.927,相对较低,其余季节相关系数均为0.96以上。(3)以本地 的无线电探空站资料为基准,与NCEP再分析资料对比发现GPS/PWV的反演精度要优于NCEP再分析场资料反演 的大气整层可降水量。因此区域GPS/MET网反演的产品对提高灾害性天气的监测和预报能力, 改进数值 天气预报精度已显示出广阔的应用前景。
全球定位系统 可降水量 延迟 无线电探空 GPS precipitable water vapor total delay radiosonde
