1 海南空天信息研究院，海南 三亚 572032
2 中国科学院空天信息创新研究院，国家环境保护卫星遥感重点实验室，北京 100101
3 中国科学院大学，北京 100049
4 中国空间技术研究院遥感卫星总体部，北京100094
5 生态环境部卫星环境应用中心，北京 100094
6 中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所，安徽 合肥 230031
7 河南理工大学测绘与国土信息工程学院，河南 焦作 454003
8 安徽师范大学地理与旅游学院，安徽 芜湖 241003
利用大气辐射传输模型和指数衰减点扩展函数，发展了一套适用于亚米级分辨率的全色卫星影像的大气校正方法，该方法充分考虑了大气参数（气溶胶、水汽、臭氧及其他吸收气体等参数）、空间分辨率、背景像元与目标像元的空间距离等对邻近效应的影响。结果表明，本文建立的大气校正方法能够有效去除大气及周围环境对卫星入瞳信号的影响，充分解决全色卫星影像中的邻近效应问题，全面提升了卫星影像的质量（清晰度至少提高了155%，对比度至少提高了115%，边缘能量至少提高了247%，细节能量至少提高了204%，调制传递函数至少增大了169%）。
大气光学 全色卫星影像 高分二号 大气校正 邻近效应校正
1 安徽师范大学地理与旅游学院, 安徽 芜湖 241003
2 中国科学院空天信息创新研究院, 北京 100101
3 中国科学院大学, 北京 100049
臭氧是大气中一种重要的微量气体, 是影响对流层与平流层大气运动的重要成分之一, 臭氧的高精度探测对于环境和气候具有重要的意义。OMI 传感器是目前具备探测全球臭氧含量的主要遥感传感器之一。利用地基 Pandora 观测网全球范围内 44 个臭氧观测站点数据对 OMI 卫星数据产品进行了精度验证。结果表明: OMI 臭氧产品与 Pandora 地基测量结果之间具有很好的线性相关性, 相关系数达到 0.948, 但精度结果存在区域差异。在南半球地区, 相关系数为 0.915; 在北半球低纬度地区, 其相关系数为 0.932, 中纬度地区相关系数为 0.948, 而在高纬度地区, 相关系数达到了 0.957。 此外, 验证精度还与臭氧柱总量存在相关性, 在臭氧柱总量低于 220 Du (对应臭氧空洞条件) 时, OMI 卫星产品存在高估现象, 高估约 13%; 而在臭氧柱总量高于 400 Du 时, OMI 的臭氧产品低于 Pandora 地基测量结果, 且随着臭氧柱总量增加, 低估情况也越严重, 在臭氧柱总量达到 500 Du 时, OMI 臭氧产品低估约 4%。
地基验证 臭氧分布 相对误差 Pandora 太阳光度计 ground-based verification ozone distribution relative error Pandora sun photometer 大气与环境光学学报
2022, 17(6): 640
1 中国科学院空天信息创新研究院遥感卫星应用国家工程实验室，北京 100101
2 中国科学院大学，北京 100049
3 中国科学院空天信息研究院海南研究院海南省地球观测重点实验室，海南 三亚 572000
高分五号（GaoFen-5）卫星搭载的多角度偏振成像仪（DPC）未装备星上定标器，需依赖不同替代方法进行在轨辐射定标。为此，发展了一种在轨交叉辐射定标方法，考虑实时地表方向反射及仪器光谱响应差异，实现了DPC/GaoFen-5与中分辨率成像光谱仪（MODIS）/Aqua的在轨交叉辐射定标。该方法选用具备高精度星上定标的MODIS/Aqua卫星为参考传感器，选择北非沙漠准不变定标场观测数据，通过输入卫星同步地表双向反射率产品和大气辐射传输计算，精确校正两传感器间太阳-观测几何和光谱响应差异带来的表观辐射量偏差，最终得到待定标传感器在轨交叉辐射定标系数。理论分析结果表明，该方法在DPC非吸收波段的定标不确定度为2.41%~3.70%。DPC/GaoFen-5与MODIS/Aqua的交叉辐射定标初步结果表明，两者辐射一致性较高，各波段表观辐射量差异均小于4%。
遥感 交叉定标 大气辐射传输 地表双向反射率分布函数 多角度偏振成像仪 中分辨率成像光谱仪 光学学报
2022, 42(18): 1828008
1 中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所通用光学定标与表征技术重点实验室, 安徽 合肥 230031
2 中国科学技术大学, 安徽 合肥 230026
3 北京市遥感信息研究所, 北京 100085
4 中国科学院空天信息创新研究院遥感卫星应用国家工程实验室, 北京 100101
大气对太阳辐射的吸收和散射会导致卫星影像的亮度和对比度降低,大气能见度越低、卫星空间分辨率越高,这种现象越明显,以至于低能见度条件下的亚米级空间分辨率光学卫星影像看起来非常模糊。基于辐射传输方程开发的自适应大气校正算法充分考虑了大气和目标物周围环境对卫星入瞳处目标辐亮度的影响,定量化描述了目标物周围像元的反射率与目标像元的反射率差异对邻近效应的影响。利用自适应大气校正算法对低大气能见度条件下的亚米级空间分辨率卫星影像进行大气校正,并且将其与常规图像处理结果进行对比。结果表明,利用自适应大气校正算法校正后的卫星影像质量得到了明显改善(清晰度提高了4.5275倍,对比度提高了44.61%,信息熵值提高了64.22%)。相对于常规图像处理方法在提升卫星图像质量时会带来噪声和过度增强的问题,自适应大气校正算法在提升卫星图像质量时不会带来噪声和过度增强问题。
大气光学 大气校正 亚米级卫星影像 图像模糊 图像增强 灰度直方图分布偏移 灰度直方图分布动态范围 光学学报
2021, 41(11): 1101002
1 中国科学院遥感与数字地球研究所,国家环境保护卫星遥感重点实验室,北京 100101
2 合肥工业大学,安徽 合肥 230009
太阳辐射计是观测大气气溶胶重要的地基遥感设备,其定标是获取高精度气溶胶产品的前提条件。视场角(field of view, FOV) 是太阳辐射计的重要参数,也是传递定标的关键参数。基于SONET观测网2016年定标实验,对传递定标方法(单次传递及历史传递 平均结果)和矩阵扫描法获得的仪器FOV进行对比分析,结果表明:单次传递、历史传递平均和激光矩阵扫描结果与仪器的FOV设计值 平均相对误差在2%～3%之内,而三种方法获得的FOV最大相对误差为1.59%,满足FOV的精度要求。误差分析表明,传递定标法 误差主要来自积分球辐亮度定标系数,而矩阵扫描法的误差主要由激光面光源引起。但三种方法各有优劣,可以相互验证、 相互补充,以获得更加准确的仪器FOV参数。
太阳辐射计 对比定标 视场角 传递定标 矩阵扫描 sun radiometer comparison-calibration field of view transfer calibration matrix scanning 大气与环境光学学报
2018, 13(4): 293
Author Affiliations
Abstract
1 State Environmental Protection Key Laboratory of Satellite Remote Sensing, Institute of Remote Sensing and Digital Earth, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100101, China
2 University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
3 Hefei University of Technology, Hefei 230009, China
4 University of Lille 1, Lille 59655, France
A transfer method is introduced to derive the normalized radiance for CE318 Sun/sky radiometer using viewing solid angles and extraterrestrial calibration constants. The new transfer method has a good consistency at different parts of the sky scanning. Error analysis suggests that the uncertainty of the transferred method is about 2.0%–2.4%. The normalized radiances are used as input of the aerosol inversion to test the performance of the new transfer method. The residuals of the inversion (e.g., difference between fitted and measured radiance) are chosen as the index of the radiance calibration accuracy. Analyses of one year’s measurements in Beijing suggest an average sky residual of 3.3% for almucantar scanning (while 3.7% for the AERONET method), which suggest a better accuracy of the transfer method when used in aerosol retrieval.
010.0280 Remote sensing and sensors 010.1310 Atmospheric scattering 010.3920 Meteorology 120.5630 Radiometry Chinese Optics Letters
2015, 13(4): 041001
1 合肥工业大学, 安徽 合肥 230009
2 中国科学院遥感与数字地球研究所, 北京 100101
3 中国科学院安徽光学精密机械研究所中国科学院通用光学定标与表征技术重点实验室, 安徽 合肥 230031
4 中国科学院大学, 北京 100049
视场角(field of view, FOV)是太阳辐射计的基础参数,也是太阳辐射计传递定标方法和室内积分球光源对比定标方法的关键参数,获取高精度的FOV是提高 此类定标方法精度的重要手段。基于矩阵扫描测量方法,针对CE318型太阳辐射计,研制了激光光源测量FOV系统,并将测量结果与传递定标法进行 了对比验证。结果表明:基于激光光源的矩阵扫描测量效果最好,不确定度为0.4%～1.1%;而基于太阳光源矩阵扫描测量受太阳运动的影响,因 此有一定的发散角,导致测量结果比激光光源测量结果小约1.3%～1.4%。此外,在太阳辐射计历史定标系数较多时,激光光源测量结果与传递定 标法计算的FOV结果一致性较好,说明传递定标法在历史数据多时也可以得到较精确的FOV结果。
视场角 矩阵扫描 激光 CE318太阳辐射计 传递定标 field of view matrix scan laser CE318 sun-photometer transfer calibration method 大气与环境光学学报
2015, 10(4): 315
1 中国科学院遥感与数字地球研究所 国家环境保护卫星遥感重点实验室, 北京 100101
2 中国科学院大学, 北京 100049
大气气溶胶成分的改变对空气污染以及气候变化都有重要影响。遥感能在不破坏气溶胶自然状态的前提下探测气溶胶的成分特性。 基于OPAC(optical properties of aerosols and clouds)模型对黑碳(BC)、水溶成分(WASO)、不可溶成分(INSO)、沙尘(DUST)四种气溶胶成 分的微物理和光学特性的描述,利用太阳-天空辐射计获取的地基遥感观测,对2014年北京APEC会议前、会中、会后的气溶胶各成分含量及 其光学厚度进行定量反演研究。结果显示,APEC会前、会中、会后的光学厚度(440 nm)平均值分别是0.72、0.25、0.57,会中的气溶胶 光学厚度明显小于会前和会后,其中INSO成分的光学厚度贡献占主导地位。APEC会前BC、WASO、INSO、DUST质量浓度分别为0.8 μg/m3、 139.6 μg/m3、184.2 μg/m3、194.3 μg/m3,APEC会中四种成分质量浓度分别为1.1 μg/m3、56.4 μg/m3、 40.3 μg/m3、7.8 μg/m3, APEC会后质量浓度分别为1.0 μg/m3、126.6 μg/m3、157.1 μg/m3、 30.9 μg/m3,除了BC成分在会议期间无显著变化外,会中WASO、INSO、DUST成分的质量浓度数值明显低于会前和会后,这说明APEC会议 期间北京地区采取的保障措施对空气质量提升起到了较好的作用。利用AE-51黑碳仪对反演的BC质量浓度进行验证,发现遥感反 演的BC质量浓度与在位观测具有良好的一致性,相关系数R2=0.68。
遥感 气溶胶成分 APEC会议 OPAC模型 remote sensing aerosol components remote sensing APEC optical properties of aerosols and clouds model 大气与环境光学学报
2015, 10(4): 278
1 中国科学院遥感与数字地球研究所, 北京100101
2 中国科学院大学, 北京100049
积聚模态比例(AMF)是细模态气溶胶光学厚度占总光学厚度的比例, 是估算直接辐射强迫和评估细颗粒物污染的重要参数。 利用2011年北京地区AERONET网站提供的气溶胶光学厚度(AOD)和粒子体积谱分布等微观参数, 计算极值修正后的细模态Angstrom指数(αf)并进行气溶胶光学厚度光谱退卷积计算, 改进AMF估算精度。 AMF估算误差主要是由于αf的误差估计偏小造成的。 通过统计模拟的αf极大值与极小值范围获取约束条件, 建立极值修正方法。 通过敏感性试验可知, 极值修正可将αf约束在合理范围内, 且αf和AMF对气溶胶归一化体积谱分布敏感, 不同谱分布可使αf从0.662变化到2.849, AMF从0.08变化到0.84。 经过极值修正后, AMF的平均误差从0.072减小到0.044, 减小了38.89%, 尤其在冬夏两季, 误差减小明显。 AMF精度的提高可直接提高细模态及人为气溶胶光学厚度的估算精度, 对人为气溶胶的直接辐射强迫估算、 气候变化评估和环境质量评价有着重要意义。
大气气溶胶 积聚模态比例 细模态Angstrom指数 Atmospheric aerosol Accumulation-mode fraction Fine-mode Angstrom index 光谱学与光谱分析
2013, 33(10): 2795
1 南京大学国际地球系统科学研究所， 江苏 南京210093
2 中国科学院遥感应用研究所国家环境保护卫星遥感重点实验室， 北京100101
矿物沙尘是气溶胶的重要化学组分， 对气候和环境都有重要影响。 本文基于2010年的北京AERONET站点的气溶胶产品资料， 分析了复折射指数在440～1 020 nm范围内的变化特性， 发现实部(n)在各个波段的取值差异不大； 而虚部(k)由于受到矿物沙尘吸收的影响从440到670 nm呈现出明显下降的趋势。 据此， 将k(440 nm)与其他波段的值分开考虑， 增加了一维信息量， 从而能将目前基于复折射指数反演气溶胶化学组成的三组分模型(水、 黑碳、 硫酸铵)扩展为包含矿物沙尘的四组分模型， 解决了以往在粗粒子较多时无法进行化学成分反演的难题。 针对北京沙尘、 灰霾、 晴朗三种典型天气进行了气溶胶中沙尘组分的反演试验， 获得的体积比例分别为88%， 37%和48%， 与基于气溶胶粒子体积谱分布计算的粗粒子比例的相对大小具有很好的一致性。
沙尘 气溶胶组分 复折射指数 遥感反演 Dust Aerosol component Refractive index Remote sensing inversion 光谱学与光谱分析
2012, 32(6): 1644
