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联合微光辅助红外遥感数据的夜间微小火点识别算法

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光学学报 2024年第8期44卷 282-295页

作者：刘慧何玉青胡秀清孙春丽北京理工大学光电学院光电成像技术与系统教育部重点实验室北京100081 中国气象局中国遥感卫星辐射测量和定标重点开放实验室国家卫星气象中心(国家空间天气监测预警中心)北京100081 许健民气象卫星创新中心北京100081

基于美国国家极地操作环境(NPP)卫星可见光红外成像辐射仪(VIIRS)的红外和微光遥感数据开展夜间火点检测识别研究,并提出一种联合微光辅助红外遥感数据的夜间微小火点识别(FRJLI)算法。首先,采用VIIRS多天数据融合获得研究区的城市灯光... 详细信息

基于美国国家极地操作环境(NPP)卫星可见光红外成像辐射仪(VIIRS)的红外和微光遥感数据开展夜间火点检测识别研究,并提出一种联合微光辅助红外遥感数据的夜间微小火点识别(FRJLI)算法。首先,采用VIIRS多天数据融合获得研究区的城市灯光背景图,为火点检测消除城市灯光影响;然后,在传统红外通道火点识别算法的基础上,联合微光通道的火点阈值调试,通过多通道阈值判别、绝对火点识别和上下文判别得到最终的识别结果。以韩国2022年3月4—13日森林火灾和蒙古国2022年4月18—19日草原火灾案例进行实验,根据夜间假彩图和植被指数验证了FRJLI算法识别火点的正确性,分析每天识别火点的亮温和辐射值关系,得出红外与微光数据的相关性及敏感性差异,FRJLI算法较NASA官方火点产品或其他火点算法结果具有更高的识别质量,特别是提高了微小火点的识别率,为更高效准确地识别火点提供了技术支持。针对森林和草原火点的识别效果表明,该算法适用性更广。

关键词：遥感 VIIRS 微光红外波段夜间火点识别联合识别

基于稳定场地的太阳反射波段基准传递定标及其不确定性评估

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遥感学报 2024年第8期28卷 2045-2061页

作者：胡奇何玉青徐娜何兴伟王玲王倩胡秀清胡滨徐寒列北京理工大学光电学院光电成像技术与系统教育部重点实验室北京100081 许健民气象卫星创新中心北京100081 中国气象局中国遥感卫星辐射测量和定标重点开放实验室/国家卫星气象中心(国家空间天气监测预警中心) 北京100081

空间辐射测量基准作为未来卫星定标的重要标准,为卫星数据的定量化应用提供了重要保障。通过传递定标方法实现辐射基准的传递可以提高卫星遥感器观测数据的整体精度。基于稳定场地的交叉定标作为太阳反射波段传递定标的一种主要方法,因... 详细信息

空间辐射测量基准作为未来卫星定标的重要标准,为卫星数据的定量化应用提供了重要保障。通过传递定标方法实现辐射基准的传递可以提高卫星遥感器观测数据的整体精度。基于稳定场地的交叉定标作为太阳反射波段传递定标的一种主要方法,因其选定了目标均匀且反射特性较稳定的场地作为辐射基准传递对象,具有可靠性高、稳定性好、传递链条可追溯等优点。以利比亚场地为传递目标,提出一套适合于太阳反射波段的传递定标方法及其不确定性分析方案,系统分析传递定标方法的不确定性,并通过不确定性的敏感性分析给出最优的场地交叉定标的匹配方案。以气象卫星中分辨率光谱成像仪为例,以FY-3D MERSI-II和AQUA MODIS为代理数据,针对引入不确定性的主要来源:几何、时间、空间、光谱,利用大气辐射传输模型与双向反射分布函数构建不确定性分析模型,并通过蒙特卡罗方法多次模拟分析出各匹配条件对不确定性影响的敏感性,以利比亚场地为例,以各项不确定性小于1%作为约束,确定场地交叉定标匹配阈值:两遥感器观测天顶角之差应小于±7°,太阳天顶角之差小于±6°,相对方位角之差小于±15°,气溶胶厚度小于0.39,观测场地均匀性小于0.02,此条件下各通道总传递定标不确定性控制在1.5%,定标频次平均一月一次。

关键词：遥感不确定性场地交叉定标蒙特卡罗方法反射波段中分辨率光谱成像仪

利用GF-1 WFV影像和FY-3D MERSI火点产品提取过火区的方法

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遥感学报 2024年第2期28卷 375-384页

作者：单天婵郑伟陈洁国家卫星气象中心北京100081

利用遥感技术获取过火区信息对生态环境监测具有重要意义,其中高分辨率数据更适合提取小范围过火区。目前已有多种利用国外火点产品结合遥感影像提取过火区的研究。为了增强国产遥感数据火情监测能力,提高小范围过火区的提取效率和精度... 详细信息

利用遥感技术获取过火区信息对生态环境监测具有重要意义,其中高分辨率数据更适合提取小范围过火区。目前已有多种利用国外火点产品结合遥感影像提取过火区的研究。为了增强国产遥感数据火情监测能力,提高小范围过火区的提取效率和精度,基于过火前后2幅GF-1 WFV影像和多时相FY-3D MERSI火点产品开展过火区提取研究。2处研究区分别位于四川省凉山彝族自治州木里藏族自治县和西昌市。首先根据火点与过火区形成的关系,结合火点的时间、空间和光谱特征,筛选并扩充火点像元,确定过火区粗略范围;然后确定每种地表类型的分割阈值,分类过火像元和非过火像元;最后剔除周边小斑块,得到过火区提取结果。以人机交互方式获得的过火区参考真值作验证,并与神经网络分类法提取过火区的结果作对比。结果表明本文方法的过火区提取结果精度要明显高于神经网络分类法,Kappa系数达到0.82。该方法可以充分结合GF-1 WFV影像和FY-3D MERSI火点产品数据的优势,降低样本像元选择时间成本和不确定性,快速准确地提取小范围过火区。未来可考虑通过选择更高精度的火点产品,结合实地考察验证对该方法改进完善。

关键词：遥感过火区火点监测产品 FY-3D MERSI GF-1 WFV NDVI 阈值分割

基于陆地生态系统碳监测卫星的气溶胶光学参数反演与验证研究

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激光与光电子学进展 2024年

作者：查晨星陈炳龙卞月根任一婕卜令兵南京信息工程大学大气物理学院中国气象局中国遥感卫星辐射测量和定标重点开放实验室/国家卫星气象中心(国家空间天气监测预警中心) 许健民气象卫星创新中心

气溶胶可改变地球大气辐射平衡或作为云凝结核影响云层的形成，从而对全球大气造成影响，气溶胶光学参数可用来研究这种影响。星载激光雷达是获得全球气溶胶光学参数的一种主要方式。2022年8月，我国成功发射陆地生态系统碳监测卫星，... 详细信息

气溶胶可改变地球大气辐射平衡或作为云凝结核影响云层的形成，从而对全球大气造成影响，气溶胶光学参数可用来研究这种影响。星载激光雷达是获得全球气溶胶光学参数的一种主要方式。2022年8月，我国成功发射陆地生态系统碳监测卫星，卫星的主要载荷为星载多波束激光雷达系统，可对全球范围的气溶胶光学参数展开观测，此系统目前需进行对比验证工作。本论文利用Fernald前向积分法，对星载多波束激光雷达的衰减后向散射系数进行反演，得到了气溶胶后向散射系数和退偏振比的光学参数信息。使用了MPLNET(Micro Pulse Lidar Network)和CALIPSO(Cloud-Aerosol Lidar and Infrared Pathfinder Satellite Observation)的数据产品对反演结果进行对比。结果表明，反演所得到的气溶胶光学参数与上述数据产品具有较高的一致性，相关性分析中所得到的决定系数R2为0.8左右。本研究初步验证了陆地生态系统碳监测卫星的星载多波束激光雷达系统对大气气溶胶的观测能力。

关键词：星载激光雷达大气气溶胶气溶胶光学参数对比验证

风云四号卫星轨道运动补偿算法建模与仿真分析

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武汉大学学报(信息科学版) 2024年第10期 1879-1890页

作者：王嘉琛王静刘成保杨磊商建张志清曹赟国家卫星气象中心(国家空间天气监测预警中心) 许健民气象卫星创新中心中国气象局遥感卫星辐射测量和定标重点开放实验室中国科学院空间应用工程与技术中心

中国第二代静止气象卫星风云四号(Fengyun-4,FY-4)是首次采用三轴稳定方式的高轨气象卫星系列，可以连续稳定高时间分辨率地对地球全圆盘观测。为了保证成像精度和稳定性，必须对载荷指向进行实时的轨道运动补偿(orbit motion compensat... 详细信息

中国第二代静止气象卫星风云四号(Fengyun-4,FY-4)是首次采用三轴稳定方式的高轨气象卫星系列，可以连续稳定高时间分辨率地对地球全圆盘观测。为了保证成像精度和稳定性，必须对载荷指向进行实时的轨道运动补偿(orbit motion compensation, OMC)、姿态运动补偿和热形变补偿来弥补卫星轨道漂移、姿态运动和热形变对卫星载荷指向偏差的影响。轨道漂移使像元周期性地偏离标称位置，星地一体化图像导航定位与配准系统（navigation and registration system, NRS）首先需要对载荷机械扫描角进行OMC来将视线引导至预期目标。为此，介绍了OMC算法原理，针对FY-4小视场类载荷辐射成像仪给出了其几何指向模型并生成了标称网格；重点推导了FY-4轨道坐标系、瞬时东南系和东南系3种姿态参考基准下的OMC转换模型，给出了定义法和旋转法两种轨道系与地固系的转换方法。利用在轨数据进行地面仿真计算，结果表明，两种转换方法对OMC精度的影响差异平均约为-1.1μrad。为提升NRS系统计算效率，以轨道坐标系和东南系作为OMC基准时宜采用定义法，以瞬时东南系作为基准时宜采用旋转法。针对FY-4B大视场载荷快速成像仪，仿真分析了长线列探测器边缘与主光轴的补偿误差。结果表明,当卫星偏离标称位置0.1°时，2 048×1维长线列探测器在250 m分辨率下,南北OMC高纬误差和低纬误差最大可达到8.2像元和8.3像元，两个扫描行的配准误差最大可达到11.6像元。

关键词： FY-4 OMC 标称网格长线列探测器

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一种基于静止卫星的海面风矢量估测方法

应用气象学报 2024年第2期35卷 225-236页

作者：张云开徐娜翟晓春张鹏中国气象科学研究院北京100081 许健民气象卫星创新中心北京100081 中国气象局中国遥感卫星辐射测量和定标重点开放实验室/国家卫星气象中心(国家空间天气监测预警中心) 北京100081

参考大气动力学理论中风随高度、纬度的分布特征,提出一种基于静止卫星低层大气导风利用全连接神经网络估测海面风的新思路,构建基于卫星遥感数据的全连接神经网络海面风矢量估测模型,实现基于大气导风的海面风估测。基于GOES-16先进基... 详细信息

参考大气动力学理论中风随高度、纬度的分布特征,提出一种基于静止卫星低层大气导风利用全连接神经网络估测海面风的新思路,构建基于卫星遥感数据的全连接神经网络海面风矢量估测模型,实现基于大气导风的海面风估测。基于GOES-16先进基线成像仪可见光通道0.5 km分辨率大气导风开展试验,并与2021年1月1日—12月31日北美近海岸和海上93个美国国家数据浮标中心浮标数据比对,结果表明:全连接神经网络估算得到基于大气导风的海面风风速均方根误差不大于1.5 m·s^(-1),较传统模型降低0.24 m·s^(-1)。将模型应用于飓风场景,通过与2022年3个北大西洋飓风和3个东太平洋飓风共13个时次的再分析数据比对表明:基于大气导风的海面风风速均方根误差不大于1.1 m·s^(-1),相较于传统经验模型降低0.04 m·s^(-1),在低风速区无系统性偏差。

关键词：海面风矢量大气导风全连接神经网络低层大气

风云三号微波温度计长序列再定标历史数据集质量评估

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大气科学学报 2024年第4期47卷 669-680页

作者：曹皓东张鹏廖蜜谷松岩安大伟郭杨中国气象科学研究院北京100081 国家卫星气象中心/国家空间天气监测预警中心北京100081 许健民气象卫星创新中心北京100081 中国气象局中国遥感卫星辐射测量和定标重点开放实验室北京100081

以METOP-A、Suomi-NPP历史资料作为参照,系统分析比较了2008—2020年4颗风云三号卫星的微波温度计(Microwave Temperature Sounder, MWTS)再定标历史资料质量。结果表明,4颗卫星的MWTS探测性能稳步上升,再定标数据集有效消除了遥感仪器... 详细信息

以METOP-A、Suomi-NPP历史资料作为参照,系统分析比较了2008—2020年4颗风云三号卫星的微波温度计(Microwave Temperature Sounder, MWTS)再定标历史资料质量。结果表明,4颗卫星的MWTS探测性能稳步上升,再定标数据集有效消除了遥感仪器在轨期间数据异常跳变、寿命期内遥感仪器辐射响应衰变、不同卫星间的辐射定标差异等因素影响,大幅提升了MWTS历史数据集的准确性和均匀性,使得再定标后的对流层和平流层通道数据与国外同类型仪器数据偏差在±0.1 K范围内。本文还重点分析比较了对流层中高层和平流层低层两个探测通道,结果表明FY-3D MWTS再定标数据和美国NOAA卫星应用研究中心STAR长序列数据集针对中高层大气的表现类似,平均亮温在时间变化和空间分布具有相似的特征,月均全球高空亮温年变化趋势差异最大为0.002 4。因此,2020年之后的FY-3D再定标数据,可以接续STAR长序列数据集,用于中高层大气的温度变化检测与分析。

关键词：风云卫星微波温度计长序列历史资料再定标数据质量评估

基于HIRAS的大气甲烷探测敏感性分析与反演波长选择

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遥感技术与应用 2024年第4期 809-820页

作者：方卫芳李小英王雅鹏程天海李莘莘郭宇航卢文静中国科学院空天信息创新研究院中国科学院大学中国科学院大学资源与环境学院许健民气象卫星创新中心中国气象局国家卫星气象中心

甲烷对全球变暖的贡献率约为1/4，且能影响大气层中臭氧、水汽、羟基等成分的浓度，对甲烷垂直浓度反演具有重要意义，进行遥感探测敏感性分析及反演波长选择是甲烷反演的基础。基于风云三号E星上红外高光谱大气垂直探测仪（HIRAS）的... 详细信息

甲烷对全球变暖的贡献率约为1/4，且能影响大气层中臭氧、水汽、羟基等成分的浓度，对甲烷垂直浓度反演具有重要意义，进行遥感探测敏感性分析及反演波长选择是甲烷反演的基础。基于风云三号E星上红外高光谱大气垂直探测仪（HIRAS）的特征，在红外大气辐射传输机理基础上，开展大气甲烷探测的正向模拟，进行探测敏感性分析与反演波长选择。首先基于高分辨透射率谱线库（HITRAN）分析CH4的主要吸收窗口及主要干扰成分，然后基于大气廓线背景库以及HIRAS的仪器参数，通过RFM辐射传输模型，模拟1 200～1 400 cm-1波段CH4及其干扰要素（大气温度、地表温度、地表发射率、H2O、N2O、CO2、F14、HNO3和O3）的探测敏感性。研究结果表明在1200～1 400 cm-1波段范围内，大气温度、地表温度、地表发射率、H2O以及N2O对甲烷探测的影响较大，具有强干扰性。最后采用基于Jacobian矩阵的信息熵原理，对CH4探测波长进行初选，并结合探测敏感性分析结果，筛选出了1 200～1 400 cm-1波长范围内88个CH4反演波长。这些波长具有信息量高的特点，对CH4探测更加敏感且更不受干扰成分的影响。

关键词： HIRAS 大气甲烷 RFM 波长选择

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星载多光谱成像仪云底高度反演算法研究进展

光学学报 2024年

作者：谭仲辉马烁刘超艾未华叶婷婷赵现斌胡申森李博张淼严卫国防科技大学气象海洋学院南京信息工程大学大气物理学院气象灾害预报预警与评估协同创新中心/中国气象局气溶胶-云-降水重点开放实验室国家卫星气象中心(国家空间天气监测预警中心)风云气象卫星创新中心

云底高度作为描述云垂直分布的基本参数，与云辐射效应、降水形成与发展密切相关，是气候变化分析、人工影响天气、军事气象保障等方面都迫切需要的气象信息。星载多光谱成像仪具有观测范围大、时空分辨率高、光谱灵敏度高等优势，是当... 详细信息

云底高度作为描述云垂直分布的基本参数，与云辐射效应、降水形成与发展密切相关，是气候变化分析、人工影响天气、军事气象保障等方面都迫切需要的气象信息。星载多光谱成像仪具有观测范围大、时空分辨率高、光谱灵敏度高等优势，是当前云特性遥感的主要手段。经过数十年的发展，基于星载多光谱成像仪已形成了云检测、云相态、云顶特性、云光学与微物理特性等多种云特性产品。然而，由于可见光和红外辐射对云的穿透能力有限，利用星载多光谱成像仪观测数据反演云底高度存在较大的挑战性，当前绝大多数气象卫星尚未提供云底高度业务产品。为了利用星载多光谱成像仪获取大范围、高精度的云底高度，实现对云三维结构的有效监测，国内外学者已付出了不懈努力。本文首先分析云底高度反演面临的主要科学问题，然后回顾了近年来在云底高度反演理论、方法与产品方面的进展，最后提出了对未来发展的思考与讨论。

关键词：云底高度光学遥感光谱成像仪云垂直结构