HY-1卫星水色扫描仪的辐射定标与真实性检验

主要阐述 HY- 1卫星 10波段水色扫描仪辐射定标与真实性检验的基本原理和关键参数的测量方法 ,简要介绍已开展的工作 ,并对 2类水体测量方法提出几点建议。

HY-1C/D卫星中国海洋水色水温扫描仪几何定位方法

海洋一号C/D(HY-1C/D)卫星中国海洋水色水温扫描仪(Chinese Ocean Color and Temperature Scanner,COCTS)主要用于探测海洋水色、水温等要素,这些要素需要经过卫星资料处理才能获取,而几何定位是预处理的核心,直接影响这些要素的质量。COCTS具有114°视场角和四元逐点摆扫的特征,据此研究出一套完整的几何定位方法。从0级数据中提取卫星星历,利用插值法从中获取采样时间对应的卫星位置和速度,进而得到轨道(ORB)坐标系到地心旋转(ECR)坐标系的转换矩阵。基于四元逐点摆扫的特征,中心视矢量分别绕X轴、Y轴旋转相应角度,获得扫描行各采样点ORB视矢量,建立视矢量与地球交叉点关系模型,从而对根据波段数据绘制的遥感图像进行地理定位。本文使用插值法替代了传统需要6个轨道根数来计算卫星位置的复杂方法,同时直接计算ORB到ECR的转换矩阵,而不采用传统的两步转换方法。经过多组数据计算及定性定量验证,HY-1C/D COCTS几何定位结果一致;采样像元尺度效应导致从星下点到两侧边缘、从赤道到两极,误差逐渐增大,约在两个像元内。该方法满足一定的定位精度要求,可以用于COCTS的几何定位。

HY-1C卫星影像中太阳耀斑区域的预测技术研究

对卫星影像太阳耀斑区域的预测是保障基于船舶的现场同步观测(以下简称船-星同步观测)有效实施的基础性工作。本文在对海洋一号C卫星(HY-1C)卫星影像各像元观测几何分析的基础上,简化构建卫星影像各像元的网格化模型,介绍了利用卫星轨道报估算的卫星-太阳-像元位置的观测几何,进而估算卫星影像中太阳耀斑区域的技术方法。经与HY-1C实际卫星影像的应用比对,表明本文预测的像元位置、太阳位置,以及卫星观测天底角/方位角均与实际影像数据有很好的重合度,预测的太阳耀斑区域与实际影像耀斑掩码区重合度良好,验证了该方法能够预测影像中太阳耀斑区域,保障船-星同步观测的能力。

HY-1C/D海洋水色卫星产品体系及其典型应用

海洋一号C星(HY-1C)和海洋一号D星(HY-1D)是中国首次对地观测组网的海洋水色业务化应用卫星,其上搭载了海洋水色水温扫描仪COCTS (Chinese Ocean Color and Temperature Scanner)、海岸带成像仪CZI(Coastal Zone Imager)、紫外成像仪UVI (Ultra-Violet Imager)、星上定标光谱仪SCS (Satellite-based Calibration Spectrometer)和船舶自动识别系统AIS (Automatic Identification System),实现了全球海洋水色要素每天2次、海表温度每天4次的全球覆盖观测,中国近海及海岸带区域每3天2次的50 m高分辨率观测。本文介绍了HY-1C/D卫星及其载荷性能、产品处理流程、产品分级与分发等相关信息,HY-1C/D卫星产品体系完整且数据产品处理与分发高效。同时阐述了HY-1C/D卫星的叶绿素a浓度估算和海表温度反演产品,以及HY-1C/D卫星数据在浒苔绿潮、海冰/极冰、近海养殖、内陆水体和台风云图等方面的典型监测应用且具有较好的产品质量、在海洋与海岸带环境监测中具有较高的应用价值。

基于开源代码构建水色遥感数据处理系统--以HY-1C/D为例

中国在《国家民用空间基础设施中长期发展规划(2015年—2025年)》中专门规划了海洋观测卫星系列,通过从单一的试验星到星座的组网,建立起较为完善的海洋环境立体监测体系。由于大气层的影响以及海洋参数在大气层顶的贡献通常很低,卫星观测对海洋卫星地面数据处理系统定量化程度提出了很高的要求。美国自20世纪70年代发射CZCS水色卫星以来,在水色卫星数据处理系统上积累了多年经验。本文通过借鉴NASA成熟开源的SeaDAS科学处理框架,针对HY-1C/D海洋水色水温仪传感器(COCTS),集成前人算法,开发出HY-1C/D离线数据处理系统(OffLine-COCPS),实现了从L1B数据(几何定位和辐射定标后)开始到水体遥感反射比和各类水色产品制作的全链条数据流程。结果表明,自主建立的HY-1C/1D卫星COCTS传感器大气校正相关查找表基本满足了在全球范围内的定量化应用。根据统计投影得到HY-1C/1D双星COCTS反演的叶绿素全球产品,表明系统可实现对HY-1C/1D双星反演叶绿素产品提供支撑,进而与NASA官方发布的同期MODIS叶绿素产品散点图比较,整体分布趋势也与MODIS保持一致。通过本研究,成功实现了对国产水色卫星传感器和自主反演算法的扩展,后续亦可对大气校正算法和其他水色反演算法进行扩展,而对大气校正的精度和水色反演产品的精度评价还需开展更多的工作。

HY-1C卫星COCTS近海水体遥感反射率产品真实性检验

中国HY-1C卫星水色水温扫描仪(COCTS)从2018年9月发射至今已积累了大量的全球观测数据,本文利用AERONET-OC实测数据集对COCTS近海水体遥感反射率(Rrs)产品进行了真实性检验。本文对实测光谱数据集进行归一化处理,按光谱特征分为A (清洁)、B (比较清洁)、C (轻微浑浊)、D (比较浑浊)这4种光学水体类型,对COCTS Rrs产品在这4类水体的精度进行评价。结果表明:COCTS反演Rrs在A、B两种水体类型中存在轻微高估(平均绝对百分比误差APD (Average absolute Percent Difference)分别为38.79%、44.44%),在C类水体轻微低估(APD=40.85%),而在D类水体显著低估(APD=47.14%)。COCTS不同波段Rrs产品在4类水体的精度亦存在差异,其中412 nm、443 nm波段在A类水体中和实测数据一致性相对较好(APD均小于30%);520 nm、565 nm波段在C、D两类水体中和实测数据一致性相对较好(APD均小于30%);670 nm波段在4种水体均呈现显著低估。由于AERONET-OC波段和COCTS存在差异,可能会导致评估误差存在高估,未来需要使用连续光谱的实测数据进一步评价COCTS产品精度。

海洋一号C星光学载荷对海面溢油的识别能力分析

中国首颗海洋水色业务卫星(HY-1C)搭载有水色水温扫描仪(COCTS)、海岸带成像仪(CZI)、紫外成像仪(UVI)等多套光学载荷,已于2019-06开展业务化运行。溢油是海洋环境监测的重要目标之一。近年来,光学遥感对海面溢油不同污染类型的识别、分类与估算原理得以阐明,其技术优势获得认可,能有效促进海面溢油的精细化定量探测。本研究以中国近海,主要以2019-02-20中国南海东沙岛附近海域一次溢油事件为例,收集了HY-1C星COCTS和CZI数据,并获取了同一天的VIIRS、MODIS Terra&Aqua遥感数据,开展了海面溢油的识别分类及其对比分析,重点评估COCTS与CZI光学载荷对海面溢油识别的效能。结果表明:在弱耀光对比条件下,COCTS、CZI、VIIRS均能有效识别此次东沙岛溢油,且COCTS对溢油的识别能力不弱于VIIRS数据;CZI不仅能识别此次溢油,还能区分此次溢油形成的海面油膜与溢油乳化物,从而提供更多的判定信息;CZI数据中,不同溢油污染类型的光谱信号离散度大于清洁海水平均噪声,展现了溢油量估算的潜力。HY-1C星光学载荷展现了优良的辐射分辨率、高信噪比等性能,随着HY-1D星的发射,双星组网观测还能提供更佳的时相分辨率数据,未来会在海洋溢油的实时、定量、精细化观测中提供丰富的数据支撑。