FY-3C VIRR大气可降水产品在新疆地区的精度评价

探讨FY-3C VIRR大气可降水产品在新疆地区的可靠性,基于探空数据,采用多评价指标,对FY-3C VIRR大气可降水量的旬产品和月产品进行全面评估。结果表明:FY-3C VIRR旬和月大气可降水产品与探空数据变化一致,但存在系统性高估;在一年时间中,旬产品和月产品均具有单峰变化特征,旬产品与探空数据的误差在4月上旬最小,9月下旬最大,而月产品在3月最小,9月最大;整体上,旬产品的均方根误差比月产品略大,但平均偏差、相关系数和相对误差均小于月产品;对单一站点,旬产品和月产品在伊宁的精度最高,阿勒泰、乌鲁木齐和库车的精度较高,东疆的哈密和南疆的喀什、若羌和和田的精度较差,民丰的精度最差。

FY-3C VIRR和Terra MODIS NDVI产品在湘赣地区的一致性

卫星遥感是监测大范围植被动态变化最有效的手段。随着中国遥感技术的发展,国产风云卫星也逐渐应用于植被变化研究,但有关国产风云卫星刻画植被动态变化表现方面仍不明晰。比较了国产风云卫星(FY-3C VIRR)和美国Terra卫星(MODIS)的归一化植被指数(normalized difference vegetation index,NDVI)产品在湖南省和江西省的时空一致性。结果表明:①两种卫星NDVI产品的空间分布与年、季、月的变化特征在湘赣地区有较好的一致性,江西省NDVI整体高于湖南省;②FY-3C和MODIS年均NDVI都呈现出2018年高于2017年和2019年的情况,基于MODIS的湘赣地区三年的年均NDVI(0.58)高出FY-3C(0.36)约60%;③FY-3C NDVI在各季节都整体低于MODIS NDVI,其中冬季差异最大,基于MODIS NDVI均值(0.42)约是FY-3C(0.21)的2倍,其余季节MODIS高出FY-3C约50%;④FY-3C NDVI与MODIS NDVI月变化趋势基本一致,二者年最大NDVI差异变化不大且较为稳定,年最小NDVI差异方面更明显且差异较大(MODIS年最小NDVI高出FY-3C约100%)。研究结果可为国产风云卫星检测典型地区植被动态变化特征的能力提供科学参考。

FY-3C VIRR大气可降水产品生成和检验

风云三号C星(FY-3C)可见光红外扫描辐射计(VIRR)两个红外分裂窗通道数据生成的晴空大气可降水(TPW)产品已投入业务使用。本文介绍了该产品的生成方法,并从产品精度和稳定性两个方面评价产品质量。与MODIS Terra TPW的月平均数据对比,FY-3C VIRR TPW能正确反应大气可降水的全球分布。与2015年3月—4月的全球探空数据对比,FY-3C VIRR TPW均方根误差为5.36 mm,相对误差在水汽值大于30 mm时在20%以内,并且夜间产品精度优于白天。相比于MODIS红外TPW产品与探空数据的误差,FY-3C TPW精度略好。计算2015年1月至2016年7月FY-3C VIRR TPW产品相对探空数据的月均方根误差,19个月均方根误差的标准差是0.54 mm,小于同期MODIS Terra TPW均方根误差的标准差,说明FY-3C VIRR TPW产品在检验时期内更稳定。FY-3C VIRR TPW产品精度较高且质量稳定,具备广泛应用能力。

FY-3C/VIRR海表温度产品及质量检验

国家卫星气象中心FY-3C/VIRR(visibleandinfraredradiometer,可见光红外扫描辐射计)海表温度产品在云检测产品的基础上,采用多通道MCSST(multichannelSST)算法进行晴空区海温反演。该文详细介绍了海表温度产品算法、产品设计、质量控制及质量检验方法。FY-3C/VIRR海表温度产品包括5min段原始投影海温和5km全球等经纬度投影海温。设计逐像元的海温质量标识,将海温像元分为优、良、差3个等级,用户可根据应用目标选择海温的质量等级。与日最优插值海温OISST(optimuminterpolationSST)相比,FY-3C/VIRR2015年1月—2019年12月的5 min段海温质量检验结果表明:质量等级为优的海温,白天和夜间的偏差分别为-0.18℃和-0.06℃,均方根误差分别为0.85℃和0.8℃;白天海温均方根误差有季节性波动,夏季有的月份均方根误差大于1℃(如2015年7月、2016年7月和2019年7月);在海温回归系数不变的条件下,夜间海温偏差的季节性波动与星上黑体温度相关显著。从一级数据质量、定位、业务运行状况等方面讨论引起海表温度产品异常的原因,为FY-3C/VIRR历史数据定位、定标和产品重处理及用户应用提供重要的参考信息。

FY-3C/VIRR西北太平洋区域海表温度精度评估

本文对我国第二代极轨气象卫星风云三号C星(Fengyun-3C,FY-3C)上的可见光红外扫描辐射计(Visible and Infra-Red Radiometer,VIRR)测得的西北太平洋地区的海表温度数据精度进行了评估,该评估结果可为风云卫星遥感资料的使用提供参考。将FY-3C/VIRR Level-2(二级数据)海表温度数据与实测浮标海表温度数据进行比较,两者匹配的时间窗口为1 h,空间窗口为0.01°,分别对FY-3C/VIRR全样本和质量等级为优的海表温度数据进行评估。FY-3C/VIRR全样本海表温度数据白天平均偏差为-0.12℃(FY-3C/VIRR海表温度减去实测海表温度),标准偏差为0.79℃;夜晚平均偏差为0.03℃,标准偏差为0.76℃。FY-3C/VIRR最优样本海表温度数据白天平均偏差为-0.01℃,标准偏差为0.64℃;夜晚平均偏差为0.16℃,标准偏差为0.58℃。针对部分云漏检及温度梯度大区域卫星与实测海表温度空间不匹配的问题,对匹配点周围3×3网格的有效海表温度数据进行统计分析,统计结果表明FY-3C/VIRR海表温度数据在质量为优、且匹配点周围3×3网格数据的局部标准偏差在阈值为0.3℃时,白天匹配数据的平均偏差为0.03℃,标准偏差为0.51℃;夜晚匹配数据的平均偏差为0.23℃,标准偏差为0.55℃。结果表明FY-3C/VIRR测得的海表温度数据精度较高,可用于全球变化与海气相互作用等研究。

基于FY-3C/VIRR海温资料的超强厄尔尼诺演变过程诊断分析

为了定量评估FY-3C卫星可见光红外扫描辐射计的海表面温度(SST)产品数据在厄尔尼诺事件分析中的可用性,利用FY-3CSST产品数据对2014/2016年超强厄尔尼诺形成、发展的时空演变过程进行诊断分析,并与气候态分析中常用的美国气象环境预报中心(NCEP)和美国国家大气研究中心(NCAR)联合制作的最优插值海表温度(OISST)资料进行对比评估。研究认为:FY-3C/VIRR月均海温数据能够刻画出厄尔尼诺期间海表面温度异常升高的基本时空分布特征;FY-3C/VIRRSST与OISST资料相比,海温距平场振幅变化范围较小,FY-3C/VIRRSST全样本资料在进行重采样及异常值剔除处理后的气候特征分析效果更好,在具体应用海温产品时可根据应用目标选取高产品等级像元参与运算;中高纬度与赤道低纬度的海温距平存在区域偏差现象,具体表现为FY-3CSST中高纬度海温暖异常值相比OISST偏高,赤道中东太平洋海温暖异常值相对OISST偏低,全局回归系数的代表性是造成这种区域偏差现象出现的主要原因,为FY-3CSST海温资料在气候态分析中的应用提供了借鉴,并为海温资料的进一步完善提供了改进建议。

基于FY-3C/VIRR卫星数据重庆植被覆盖度时空变化研究

随着中国产风云系列卫星的飞速发展,FY系列遥感数据种类不断丰富。中国大多数植被监测研究重视使用国外数据研究轻视国产数据的应用,文中探究利用中国产FY-3C/VIRR植被指数产品数据监测区域植被覆盖度年内变化规律的可靠性。以植被覆盖度(FC)为监测指标,利用Aqua/MODIS植被指数产品数据对比,采用像元二分模型对重庆区域2015年植被覆盖度进行反演分析。结果表明,基于FY-3C/VIRR的NDVI植被指数数据与Aqua/MODIS植被指数数据在时空分布上具有良好的一致性。空间上,高值区集中分布在山区,低值区集中在人口聚居的主城区和长江流域。时间序列上,1-8月持续升高,8-12月波动降低,与重庆市实际植被生长规律相同。对重庆市4种主要地表覆盖类型(低海拔混交林、低海拔小起伏山地作物、低海拔中起伏山地作物、中海拔混交林)提取分析,结果显示FY-3C/VIRR植被指数数据对多种地物覆盖的大范围研究区植被监测能力与Aqua/MODIS植被指数数据相似。重庆市植被覆盖度空间分布差异及分布规律特征明显,重庆市主城区及主要水系呈现低值,高值区域主要集中在东北山区和东南局部山区。高值区分布与山区和水系走势一致,呈现条纹式分布。时间序列上,基于FY-3C/VIRR的植被覆盖度1-10月呈现波动上升,10-12月显著下降,最低值出现在2月为38.32%,最大值出现在10月为72.88%。2015年年均植被覆盖度FY-3C/VIRR为53.45%,Aqua/MODIS为65.55%。

FY-3C/可见光红外扫描辐射计中红外通道太阳污染的识别和修正

基于风云-3C/可见光红外扫描辐射计（FY-3/CVIRR）的中红外通道（3.7μm）的太阳污染现象和发生规律,分析了太阳污染出现的时空特征,提出了初步判识并修正北半球太阳污染数据的方法,并就太阳污染对定标系数和黑体亮温的影响做了定量的评估。结果表明,对于FY-3C/VIRR的中红外通道,太阳光线照射到定标黑体时所形成的北半球高纬度太阳污染主要出现在太阳天顶角在85°~118°之间的位置时;由太阳污染导致的该区域地球观测亮温日平均偏差为4.5K左右,最大偏差达到15K左右。通过对逐日太阳污染数据进行识别,并采用污染前后定标系数进行线性求差值,可以初步修正太阳污染对定标系数带来的异常影响。

FY-3A/VIRR反演云微物理特征及与TERRA/MODIS反演结果的比较

利用FY-3A/VIRR多光谱资料反演了云微物理参数,针对2009年4月18日和5月21日两个个例,选取深厚积云、高、中、低云作为分析对象,并与TERRA/MODIS反演结果进行了比较,分析了FY-3A的可靠性和稳定性。结果表明：（1）FY-3A反演的云微物理参数形成的可视化RGB合成图,色彩层次较为丰富,与TERRA RGB合成图的云外形特征基本一致,可以定性地应用于云降水特征分析。（2）与TERRA相比,FY-3A可见光反射率偏低5%,云顶平均温度偏低1~5℃,变化范围减小,4、5月个例反映的偏低程度稳定,基本可以用于定量分析。（3）FY-3A对粒子有效半径（Re）反演的问题较多,一是同一顶高Re的分布层次少,反映的粒子大小不充分;二是Re小值端偏大明显,有时甚至达8μm（5~13μm）;三是Re大值端有时偏大,有时偏小;四是5月个例比4月的偏差增大。因此,在用FY-3A反演的Re定量分析时,容易造成部分特征不明显,甚至丢失。

FY-3B/VIRR海表温度算法改进及精度评估

该文介绍了卫星观测海表温度(SST)算法的发展历程,给出了所用SST算法的同归模型,并在FY-3B/VIRR业务SST算法的基础上进行了改进。基于NOAA-19/AVHRR匹配数据集,进行多算法建模分析及精度评估,白天最优算法为非线性SST(NL)算法,夜间最优算法为三通道SST(TC)算法,最优算法的确定与NESDIS/STAR-致。建立2012年8月-2013年3月FY-3B/VIRR匹配数据集,并在此基础上进行多算法回归建模及精度评估,白天和夜间的最优均为NL算法,分析发现夜间TC算法采用匹配数据集版本2(MDB_V2)时,3.7μm通道存在类似百叶窗的条带现象。以2012年10-12月FY-3B/VIRR匹配数据集计算回归系数,以2013年1-3月独立样本进行精度评估,与浮标SST相比,NL算法白天和夜间的均方根误差分别为0.41℃和0.43℃。与日平均最优插值海温(OISST)相比,NL算法白天和夜间的均方根误差分别为1.45℃和1.5℃;选择与OISST偏差在2℃以内的样本,NL算法白天和夜间均方根误差分别为0.82℃和0.84℃。

FY-3/VIRR卫星遥感数据反演省级区域蒸散量

为了扩大气象卫星FY-3在科研、业务中的应用范围,将数据尽快用于遥感反演蒸散量业务工作中,根据FY-3/VIRR卫星通道特点,以山东为研究区域,基于地表能量平衡方程,结合地面气象要素,提出了利用FY-3卫星遥感数据进行区域蒸散反演的方法,建立了省级的区域逐日蒸散量估算系统。以2013年5月11日、8月20日、10月16日估算的日蒸散量为例,分析表明:基于FY-3/VIRR卫星反演的日蒸散量与利用Pen-man公式方法得到的数据对比,偏差分别为-0.19、-0.12和0.16 mm/d,相对偏差分别为10%、12%和11%;反演结果可准确揭示区域内不同地表覆盖类型的蒸散量的空间特点和差异性,结果较为合理;与同区域、同时段的EOS/MODIS蒸散产品进行对比分析表明:2种日蒸散产品的空间分布特征总体非常相似,相关系数在0.99以上,均方根差在0.36 mm以下,说明2种产品的一致性较好。利用中国新型自主研发的FY-3卫星资料估算蒸散量是可行的。

基于FY-3A/VIRR数据的重庆市干旱监测研究

利用FY-3A/VIRR数据,基于植被供水指数法(VSWI),监测重庆市2011年盛夏干旱演变过程.利用全市150个土壤水分观测站点的数据和同期遥感反演结果进行相关分析,均达到极显著性相关;监测显示8月中下旬重庆市出现比较严重的干旱,特别是中部和西南部重旱一直持续.结果表明,FY-3A/VIRR遥感反演数据能够客观反映重庆地区的干旱演变过程,可应用于干旱监测业务.

基于非线性算法的FY-3A/VIRR SST反演

利用非线性算法实现了FY-3A/VIRR数据的海洋表面温度SST产品的反演。对2010年的全球船舶站观测数据和FY-3A/VIRR数据建立匹配数据集,选择单月的匹配数据采用多元回归模型计算得到了适用于FY-3A/VIRR数据的非线性海表温度反演算法NLSST的系数,能够实现FY-3A/VIRR数据的高精度SST产品反演。并利用独立于反演算法的双月匹配数据采用最小绝对偏差方法通过线性模型对SST算法的精度进行检验,结果显示白天和夜间的偏差分别为0.05℃和-0.05℃,绝对偏差在0.50℃以下,标准偏差在0.65℃以下。通过文中实现的算法反演了VIRR数据的SST产品,并和MODIS的官方产品进行比较,结果显示两种SST产品具有很高的一致性。

FY-3C微波成像仪海上大气可降水产品质量检验

中国自主研制的第二代极轨气象卫星的首颗业务星风云三号C星(FY-3C)于2013年9月23日发射升空。微波成像仪(MWRI)作为FY-3C上携带的重要微波载荷之一,能够实现对大气、海洋和陆地的全天时监测。其中,MWRI海上大气可降水量(TPW)产品在数值预报模式以及气候变化研究中具有很重要的应用价值,但是应用效果的好坏往往受产品精度的制约。使用长达4年的卫星观测资料,通过MWRI TPW业务产品和无线电探空及专用传感器微波成像仪(SSMIS)TPW业务产品的比较,对MWRI TPW产品(包括轨道产品、日产品和月产品)的质量进行检验。结果表明,轨道产品和地面实际观测的探空数据的平均相对误差在7%左右,均方根误差为2.6 mm;日产品和SSMIS日产品的均方根误差约为3 mm,和探空日产品的均方根误差小于2.1 mm;月产品和SSMIS月产品的均方根误差小于1.3mm。表明FY-3C MWRI TPW业务产品长期以来一直稳定运行且精度较高,具备实际应用潜力。

FY-3C微波湿温探测仪辐射测量特性

2013年9月发射的FY-3C是我国第2代极轨气象卫星的第3颗星,其上装载的微波湿温探测仪在118 GHz氧气吸收线和183 GHz水汽吸收线设计了两组大气探测通道,在大气窗区设置了89 GHz和150 GHz探测通道。为保证微波湿温探测仪在轨定量应用,卫星发射前完成了地面热真空试验。该文介绍了热真空定标试验原理,并对FY-3C微波湿温探测仪正样产品真空试验数据进行了定量分析。数据分析结果表明:FY-3C微波湿温探测仪正样产品15个探测通道的灵敏度均满足设计指标要求,各通道观测亮温间相对独立,定标准确度优于1.6 K,真空试验过程中微波湿温探测仪定标结果稳定。FY-3C微波湿温探测仪发射前热真空定标特性分析结果为仪器在轨定量应用奠定了基础。

FY-3C微波湿温探测仪118 GHz和183 GHz通道辐射特性仿真分析

我国第二代极轨气象卫星的第三颗星——风云三号C星(FY-3C)已于2013年9月发射.为探讨微波湿温探测仪大气探测通道对大气参数的探测能力,采用威斯康星大学的非流体静力学中尺度模式系统(UW-NMS)模拟Katrina飓风的基础数据集,结合微波辐射传输模式,正演模拟分析了微波湿温探测仪118 GHz和183 GHz通道的辐射特性.仿真结果表明118 GHz和183 GHz通道作为星载亚毫米波大气探测通道,能够提供更加精细的大气温度和湿度廓线信息;冰态粒子的散射作用可使(118.75±5.0)GHz和(183.31±7.0)GHz通道亮温分别下降108 K和76 K,新增的探测频点和通道能提升对云雨大气的探测能力;118 GHz和183 GHz通道亮温对云中各种水凝物粒子响应的模拟分析结果证明了这两组通道在云中水凝物分布特性反演方面的潜在探测能力;大气中雨水含量的增加可以导致(118.75±5.0)GHz通道亮温下降4.5 K,118 GHz对液态粒子特有的响应能力,显示了其作为降水反演频点的优势;大气中雪粒子含量的增加会使(118.75±5.0)GHz通道亮温下降10 K,可利用该通道探测云中的雪晶含量.

基于FY-3/VIRR数据的山东省地表温度反演及应用研究

为了检验FY-3/VIRR数据地表温度反演精度,本研究基于FY-3/VIRR数据,选用改进型的Becker和Li分裂窗地表温度反演算法和像元二分法,对山东区域春、夏、秋、冬四季代表月份(4月、7月、10月和1月)分别进行地表温度和植被覆盖度反演,并将反演的地表温度TLS与山东省气象局120个大监站的准同步空气温度Ta和0 cm地温TS进行相关性分析。结果表明:利用FY-3/VIRR数据反演的山东省地表温度与地面实际情况基本吻合,能直观反映山东地区地表温度的空间分布特征,且与植被覆盖度呈明显负相关关系。同时,对于非均匀下垫面,反演的地表温度TLS与空气温度Ta和0 cm地温TS的相关性都不好,不同季节的相关系数差异较大,但(TS-Ta)与(TS-TLS)存在显著线性正相关关系,且相关系数稳定,不同季节的样本判定系数R2都达到0.52以上。

FY-3C/MERSI与MODIS的多波段干旱指数反演及对比分析

以陕西省为研究区,选取2014年代表旱情发展过程的5、7和8月份的FY-3C/MERSI数据及与其同期的MODIS反射率产品和陆表温度数据,构建多波段干旱指数(MBDI),比较两种数据MBDI结果的空间相关性,结合研究区土壤相对湿度数据对MBDI进行相关性分析,比较MBDI监测结果的空间分布特征及不同干旱程度下像元数的变化趋势。结果表明:(1)MERSI-MBDI与MODIS-MBDI呈显著正相关,R2达0.7以上,通过0.001水平显著性检验;(2)MERSI-MBDI与MODIS-MBDI与10 cm土壤相对湿度均通过0.05水平显著性检验,MERSI-MBDI与土壤相对湿度具有更好的相关性,通过了0.01水平显著性检验;(3)MERSI-MBDI与MODIS-MBDI旱情监测结果在空间上具有良好的一致性,并与研究区实际情况相符,且不同干旱程度下像元数的变化趋势也十分一致。研究表明,通过与MODIS数据对比,MERSI数据可以很好的进行陕西省旱情变化监测。

基于FY-3B/VIRR数据的新疆沙尘天气遥感监测应用研究

新疆是我国沙尘天气多发区,但是地面测站稀少,使用卫星遥感监测沙尘天气有非常大的优势。利用国家卫星气象中心开发并向各省推广的SMART业务系统,以FY-3B/VIRR为数据源,采用以人机交互方式分析区域沙尘遥感监测方法。以2012年数据为例,对沙尘天气进行了遥感监测,结果表明FY-3B/VIRR数据可有效提取沙尘天气信息,具有较好的沙尘监测评估业务应用前景。

FY-3C/MERSI数据应用于陕西省干旱时空动态监测研究

基于FY-3C/MERSI 1 km遥感数据,分别利用植被供水指数模型(VSWI)、归一化干旱指数模型(NDDI)、多波段干旱指数模型(MBDI),对陕西省2014年夏季的干旱过程进行动态监测,结合研究区同时段10 cm土壤相对湿度资料,对3种干旱遥感监测模型的准确性和稳定性进行评价。结果表明:3种遥感监测模型对陕西省2014年夏季干旱过程监测的准确性均有较好表现,其中VSWI的动态监测稳定性更好;MBDI与VSWI对干旱中期干旱程度的反演结果准确性相当,但对于干旱前期与后期,VSWI结果的准确性更好。基于VSWI监测结果,将陕西省分为陕北、关中和陕南地区进行讨论,结果表明FY-3C/MERSI具备对陕西省这次干旱过程进行时空动态监测的能力。