一种用于海洋水色卫星伪不变交叉传递场地甄选方法技术

本发明专利技术公开一种用于海洋水色卫星伪不变交叉传递场地甄选方法，首先建立一套场地甄别的指标体系；利用辐射传输模拟理清大气不稳定性对大气层顶卫星信号的影响；然后分析海洋光学特性时空不稳定性对大气层顶卫星信号的影响；据此建立场地甄别体系的评价标准体系(CSM)，通过收集评估指标影响因素数据，计算气象指标、光学指标和其他指标表现，根据各项指标表现进行平均，得到最终评价标准CSM。通过CSM指标得分情况评估全球大洋作为PICS的表现，并甄选全球大洋理想PICS；同时，此方法作为海洋水色卫星伪不变交叉传递场地，可以评估海洋水色卫星探测数据质量，保证海洋水色卫星数据准确性，对于海洋生态环境监测、海洋灾害影响监测与评估等研究具有广泛深远的影响。响监测与评估等研究具有广泛深远的影响。

【技术实现步骤摘要】
一种用于海洋水色卫星伪不变交叉传递场地甄选方法


[0001]本专利技术属于海洋光学遥感
，具体涉及一种用于海洋水色卫星伪不变交叉传递场地甄选方法。

技术介绍

[0002]海洋光学遥感技术是新兴的探测技术，能够通过遥感平台上搭载的探测器对海表水色信息进行探测进而获取海洋信息，并在海洋生态环境监测、海洋灾害影响监测与评估等方面得到广泛应用，大大地提高人类应对自然灾害和全球气候变化的能力。
[0003]遥感反射率数据R
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是海洋光学研究的重要基础，与水色卫星观测的海洋生物化学变化密切相关。为了得到可靠的R
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数据，以及与之相关的水体固有光学特性(IOPs)和叶绿素浓度
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a，需要先对卫星进行辐射定标。然而，在开阔大洋的蓝光波段，大约1％的辐射定标不确定度就会导致约5％的大气校正不确定度，进而导致水色数据缺乏可信度，这是由于离水辐射率在大气顶(TOA)辐射率中的占比较低。事实上，卫星的性能表现受到发射后性能降低和太空恶劣环境的影响，因此，可靠且连续的辐射定标方法至关重要。
[0004]通常情况下，星载定标设备能够提供极佳的高精度时空取样，提供趋势化系统响应，为辐射定标提供支持，但只有少数水色卫星携带了这种设备。对比辐射定标方法，例如星载定标、替代定标(Gao et al.2012；Werdell et al.2007)，以及月球定标(Kouyama et al.2016)，交叉定标法简单易行。此外，交叉定标能够矫正卫星设备间的谱带差(Chen,J.,He,X.Q.,Liu, Z.L.,Xu,N.,Xing,Q.G.,Hu,X.Q.,&Pan,D.L.(2020).An approach to cross
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calibratingmulti
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mission satellite data for open ocean.Remote Sensing ofEnvironment,246,111895.)，使得多任务数据处理变得更容易，因为许多现有的成熟工具能够直接用于新的卫星，包括大气校正算法(Gordon andVoss 1999)，数据质量提升(如遥感反射率R
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残差校正等)，以及IOPs 反演(Lee et al.2002)。
[0005]对于海洋水卫星来说，不同卫星在获取海洋水色数据时存在任务间差异，稳定而合理的任务间变化差异对于交叉定标分析至关重要。然而，有许多因素影响着卫星获取的TOA反射率(ρ
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)不同的任务间差异，包括海洋光学特性、气象要素、光照
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观测角、海表面粗糙度、过境时间间隔、谱响应特性、方向均质性等等(Chen et al.2020；Gordon andVoss 1999；He et al. 2018；Sathyendranath et al.2017)，进而直接影响交叉定标的准确性。为了获得稳定、代表性的、同步的交叉定标像素对(即不同卫星观测同一目标时，获取图像中的对应像素)，消除或避免可能的环境和观测条件导致的任务间差异是至关重要的。
[0006]目前，有许多系统性数据质量控制标准，可以用于严格的同步观测交叉定标分析约束(Chen,J.,He,X.Q.,Liu,Z.L.,Xu,N.,Xing,Q.G.,Hu,X.Q.,&Pan,D.L.(2020).An approach tocross
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calibrating multi
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mission satellite data for open ocean.Remote Sensing of Environment,246, 111895.)。最近，Barnes等人指出这些标准对于水色应用的近红外波段有效校准具有显著的指导意义。然而，除了光照
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观测、气象、以及同步观测这些因素之外，使用图像对伪不变定标场(PICS)进行交叉定标分析具有加倍效
应(Mei et al.2016；Vries et al.2007)。对于交叉定标的PICS识别，已经发展出许多标准，但大多数标准都被设计用于陆地或气象遥感(Chi et al. 2015；Clark et al.2011；Khakurel et al.2021；Vries et al.2007)。
[0007]然而，海洋水色遥感具有独特特性，与陆地或大气遥感不同；比如，离水反射率在很窄的区间变动，且比大气和陆地反射率小得多(Siegel et al.2000)。而卫星探测的反射率对于光照
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观测条件很敏感(Gordon and Voss 1999)。相应的，明亮目标比如沙漠、冰河的高辐照度很容易使得海色设备探测信号饱和，因此，本专利技术针对海色遥感，建立海洋PICS的交叉定标分析新思路，甄选全球大洋最优PICS，作为海洋水色卫星交叉定标图像对场地，并据此分析海洋水色卫星的数据质量表现。

技术实现思路

[0008]本专利技术提出一种用于海洋水色卫星伪不变交叉传递场地甄选方法，建立基于伪不变定标场(PICS)的全球大洋交叉定标评估量化指标CSM，并借此评估PICS在全球大洋的交叉定标表现，以更好的服务于水色卫星交叉定标。
[0009]本专利技术是采用以下的技术方案实现的：一种用于海洋水色卫星伪不变交叉传递场地甄选方法，包括以下步骤：
[0010]步骤A、构建用于伪不变交叉传递场地甄选的评价体系，利用辐射传输模拟确定大气不稳定性对大气层顶卫星信号的影响；然后分析海洋光学特性时空不稳定性对大气层顶卫星信号的影响，并据此建立场地甄别体系的评估量化指标CSM；
[0011]所述评估量化指标CSM包括气象指标、光学指标和其他指标；其中气象指标包括气象空间稳定性和气象时间稳定性；光学指标包括光学时间稳定性和光学空间稳定性；其他指标包括海洋水色卫星的数据质量、数据覆盖、光谱适应度和BRDF(双向反射分布函数)特性；
[0012]步骤B、构建气象指标、光学指标和其他指标评价方式；
[0013]基于步骤A所述的评估量化指标CSM，以气象空间稳定性、气象时间稳定性的值为基础计算气象指标；以光学空间稳定性、光学时间稳定性的值为基础计算光学指标；以海洋水色卫星的数据质量、数据覆盖、光谱适应度和BRDF特性为基础计算其他指标；每项指标以得分为量化依据，其得分表述如下：
[0014][0015]其中，x是反映气象、海洋或角度参数与TOA反射率稳定性的共变性，包括日标准差 DSTD，无偏平均相对误差UMRE，变异系数CV，下标l和u是x的上下界；
[0016]步骤C、对步骤B所得到的各项指标得分进行平均，得出最终评价标准CSM：
[0017][0018]其中，N代表指标数量，i表示第i项指标，Score为步骤B中得分情况；
[0019]步骤D、以步骤C所确定的最终评价标准CSM作为评价指标，进行伪不变交本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于海洋水色卫星伪不变交叉传递场地甄选方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤A、构建用于伪不变交叉传递场地甄选的评价体系，利用辐射传输模拟确定大气不稳定性对大气层顶卫星信号的影响；然后分析海洋光学特性时空不稳定性对大气层顶卫星信号的影响，并据此建立场地甄别体系的评估量化指标CSM；所述评估量化指标CSM包括气象指标、光学指标和其他指标；其中气象指标包括气象空间稳定性和气象时间稳定性；光学指标包括光学时间稳定性和光学空间稳定性；其他指标包括海洋水色卫星的数据质量、数据覆盖、光谱适应度和BRDF特性；步骤B、构建气象指标、光学指标和其他指标评价方式；基于步骤A所述的评估量化指标CSM，以气象空间稳定性、气象时间稳定性的值为基础计算气象指标；以光学空间稳定性、光学时间稳定性的值为基础计算光学指标；以海洋水色卫星的数据质量、数据覆盖、光谱适应度和双向反射分布函数BRDF特性为基础计算其他指标；每项指标以得分为量化依据，其得分表述如下：其中，x是反映气象、海洋或角度参数与TOA反射率稳定性的共变性，包括日标准差DSTD，无偏平均相对误差UMRE，变异系数CV，下标l和u是x的上下界；步骤C、对步骤B所得到的各项指标得分进行平均，得出最终评价标准CSM：其中，N代表指标数量，i表示第i项指标，Score为步骤B中得分情况；步骤D、以步骤C所确定的最终评价标准CSM作为评价指标，进行伪不变交叉传递场地甄别。2.根据权利要求1所述的一种用于海洋水色卫星伪不变交叉传递场地甄选方法，其特征在于，所述步骤B具体包括以下步骤：步骤B1、收集评估指标影响因素数据，计算气象指标、光学指标和其他指标表现；步骤B11、收集评估指标影响因素数据并进行预处理，具体包括：(1)收集水色卫星数据，获取气溶胶光学厚度、波长指数、R
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数据，以及数据覆盖程度；(2)计算卫星R
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数据残差，进行数据质量提升；(3)获取气象数据，得到包括海表风速、海平面气压、相对湿度的数据；步骤B12、计算气象指标表现：气象指标中包括气象时间稳定性和气象空间稳定性，气象时间稳定性中，分别计算海表风速U10、大气压SLP和相对湿度SRH的DSTD值，在气象空间稳定性中，计算气溶胶厚度的CV值以及气溶胶指数的RMSE的值；步骤B13、计算光学指标表现：以步骤A1中的进行数据质量提升后的数据为基础，获取不同波段的精确R
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数据，并将其分为光学时间稳定性和光学空间稳定性两个评价标准；在光学空间稳定性中计算不同波段R
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【专利技术属性】
技术研发人员：陈军，徐铭，王保军，张青，
申请(专利权)人：西安交通大学青岛海洋地质研究所，
类型：发明
国别省市：