Himawari-8气溶胶光学厚度产品的验证分析
发布时间：2021-04-10 16:35
Himawari-8是由日本气象局发射的新一代静止气象卫星,其搭载的传感器AHI（Advanced Himawari Imager）可实现10 min/次的高时间分辨率对地观测。本文将2015年9月至2017年12月Himawari-8卫星Level-2气溶胶光学厚度（AOD）产品与AERONET（AErosol RObotic NETwork）70个站点的地基观测数据进行对比验证分析,结果表明Himawari-8卫星反演的气溶胶光学厚度产品的精度存在很大的空间上的差异性,其中有48个站点Himawari-8 AOD与AERONET AOD之间存在较好的相关性（R>0.5）,有22个站点Himawari-8卫星反演气溶胶光学厚度产品存在明显的低估现象。在AmericanSamoa、Bandung、Birdsville、BukitKototabang、Canberra、FowlersGap、Jabiru以及QOMSCAS等站点出现地基观测值很小而卫星反演的气溶胶光学厚度较大的情况。对绝对误差（H...
【文章来源】：大气科学. 2020,44(03)北大核心CSCD
【文章页数】：17 页
【部分图文】：
AERONET观测站点分布
本研究共选取了70个AERONET站点数据对Himawari-8 AOD Level-2产品进行验证分析，图2为Himawari-8卫星反演气溶胶光学厚度数据与NASA发布的AERONET气溶胶光学厚度标准产品对比结果散点图。从图中可以看出在不同站点Himawari-8卫星反演产品的精度存在较大的差异性，这可能是受地球同步卫星的高轨道高度的影响且与卫星反演算法，地表反射率及气溶胶类型等因素有关。整体来说，在大多数站点Himawari-8 AOD与AERONET AOD之间具有较好的相关性，尤其是Pontianak、Chen-Kung＿Univ、Singapore、Anmyon、Baengnyeong、Beijing-CAMS、Gangneung＿WNU、XiangHe等站点，两个数据集的相关性均大于0.8。虽然Fuguei＿Cape站Himawari-8 AOD与AERONET AOD之间的相关系数为0.9，但其数据量较少，并不具有代表性。在American＿Samoa、Bandung、Birdsville、Bukit＿Kototabang、Canberra、Fowlers＿Gap、Jabiru、QOMS＿CAS等站点出现地基观测值很小而卫星反演的气溶胶光学厚度较大的情况。American＿Samoa位于太平洋中部偏西南方的美属萨摩亚群岛，由死火山形成，四周环绕着珊瑚礁。Bandung是印度尼西亚西爪哇省首府，位于爪哇岛西部火山群峰环抱的高原盆地中。Birdsville在澳大利亚的伯兹维尔小镇上，位于辛普森沙漠的边缘，气候非常干旱。Bukit＿Kototabang位于印度尼西亚西苏门答腊岛，周围主要由热带森林种植园组成（Nurhayati and Nakajima,2012）。Canberra位于澳大利亚东南部山脉区的开阔谷地上，属于亚热带季风性湿润气候，是热带海洋气团和极地大陆气团交替控制和互相角逐交绥的地带。Fowlers＿Gap，福勒峡干旱区观测研究站，属澳大利亚的新南威尔士州，福勒峡区覆盖了布罗肯希尔北部障碍区及其周围的干旱牧场。Jabiru位于被列于世界遗产名录的卡卡杜澳大利亚国家公园内，靠近风景秀丽的阿纳姆地悬崖。QOMS＿CAS，中国科学院珠穆朗玛大气与环境综合观测研究站，其气溶胶特征反映了高山大气背景状况（Xu et al.,2014）。地基观测是在单个站点的观测，但卫星观测是区域观测，在以上8个站点地基观测的气溶胶光学厚度虽然较小，但卫星值是包括地基站点周围复杂地形下大的气溶胶光学厚度在内的平均值，这可能就会造成地基观测值很小而卫星反演的气溶胶光学厚度较大的情况。Jaipur，拉贾斯坦邦首府，印度北部的一座古城，属热带季风气候，年降雨量超过2300 mm。Manila＿Observatory，马尼拉天文台，于1865年由菲律宾耶稣会特派团成立，它可以系统地观测菲律宾的天气。Pune位于印度马哈拉施特拉邦，其西边为德干高原，这是一个丘陵城市，属于炎热的半干旱气候。在Jaipur、Manila＿Observatory、MCO-Hanimaadhoo、Pune四个站点，卫星反演气溶胶光学厚度在地基观测值较大时仍然较小，这可能是由于卫星反演算法中气溶胶类型不适用的原因。在气溶胶光学厚度比较高的情况下，气溶胶模式误差将占主导地位（吴序鹏等,2012）。在Beijing、BeijingCAMS、Chiang＿Mai＿Met＿Sta、Gandhi＿College、Kanpur、KORUS＿Baeksa、Kathmandu-Bode、KOR-US＿Iksan、KORUS＿Mokpo＿NU、KORUS＿Olympic＿Park、KORUS＿Taehwa、KORUS＿Songchon、Luang＿Namtha、Omkoi、Nong＿Khai、NGHIA＿DO、Pusan＿NU、Seoul＿SNU、Silpakorn＿Univ、Son＿La、XiangHe和Yonsei＿University站点，Himawari-8AOD与AERONET AOD之间虽然相关性较好（R>0.50），但两个数据集的线性回归方程的斜率较小，这说明Himawari-8反演的气溶胶光学厚度在这些站点存在明显的低估现象。这可能是受地球同步卫星的高轨道高度和传感器的灵敏度的影响导致其反演产品存在系统偏差，需要对其误差来源进行研究。就Himawari-8静止气象卫星反演的气溶胶光学厚度产品的可靠性及适用性而言，在Anmyon、Baengnyeong、Chen-Kung＿Univ、Gangneung＿WNU、Gosan＿SNU、Hong＿Kong＿PolyU、Hong＿Kong＿Sheung、Shirahama、Singapore、USM＿Penang和Songkhla＿Met＿Sta站点，Himawari-8卫星反演的气溶胶光学厚度产品具有较好的结果。在卫星反演气溶胶光学厚度的过程中，受地表反照率、气溶胶类型的不同以及当地环境等因素的影响所造成的实际误差难以控制，Himawari-8反演的气溶胶光学厚度产品确实存在极大的空间上的不确定性。
图3 70个站点AOD绝对误差（Himawari-8 AOD与AERONET AOD的差值）与AERONET及Himawari-8 AOD的关系热点图，颜色表示不同区间内数据对的数量图3 70个站点AOD绝对误差（Himawari-8 AOD与AERONET AOD的差值）与AERONET及Himawari-8 AOD的关系热点图，颜色表示不同区间内数据对的数量
【参考文献】：
期刊论文
[1]大气气溶胶的卫星遥感及其在气候和环境研究中的应用[J]. 陈洪滨,范学花,夏祥鳌. 大气科学. 2018(03)
[2]暗目标法的Himawari-8静止卫星数据气溶胶反演[J]. 葛邦宇,杨磊库,陈兴峰,李正强,梅笑冬,刘李. 遥感学报. 2018(01)
[3]高分一号数据的气溶胶光学厚度反演和验证[J]. 许研,张炜,司一丹,李莘莘. 遥感信息. 2016(05)
[4]沈阳地区MODIS与MERSI气溶胶产品对比研究[J]. 张婕,刘昊野,辛金元,张文煜,肖国杰,冯鑫媛,王莉莉. 遥感学报. 2016(04)
[5]中国地区MODIS气溶胶产品的验证及反演误差分析[J]. 王宏斌,张镭,焦圣明,张志薇,朱毓颖,朱承瑛. 高原气象. 2016(03)
[6]利用静止卫星MTSAT反演大气气溶胶光学厚度[J]. 高玲,任通,李成才,杨东伟,石光明,毛节泰. 气象学报. 2012(03)
[7]塔克拉玛干沙漠地区气溶胶光学厚度卫星遥感产品验证[J]. 吴序鹏,杨军,车慧正,李晓静,夏祥鳌. 气候与环境研究. 2012(02)
[8]中国区域MODIS陆上气溶胶光学厚度产品检验[J]. 李晓静,张鹏,张兴赢,孙凌,齐瑾,张艳. 应用气象学报. 2009(02)
[9]基于6S模型从MODIS图像反演陆地上空大气气溶胶光学厚度[J]. 王新强,杨世植,朱永豪,易维宁. 量子电子学报. 2003(05)
[10]ANALYSIS OF THE ATMOSPHERIC AEROSOL OPTICAL DEPTH OVER CHINA IN 1980s[J]. 罗云峰,李维亮,周秀骥,何晴,倾继祖. Acta Meteorologica Sinica. 2000(04)
博士论文
[1]中国地区气溶胶光学特性地基联网观测与研究[D]. 辛金元.兰州大学 2007
本文编号：3129971
【文章来源】：大气科学. 2020,44(03)北大核心CSCD
【文章页数】：17 页
【部分图文】：
AERONET观测站点分布
本研究共选取了70个AERONET站点数据对Himawari-8 AOD Level-2产品进行验证分析，图2为Himawari-8卫星反演气溶胶光学厚度数据与NASA发布的AERONET气溶胶光学厚度标准产品对比结果散点图。从图中可以看出在不同站点Himawari-8卫星反演产品的精度存在较大的差异性，这可能是受地球同步卫星的高轨道高度的影响且与卫星反演算法，地表反射率及气溶胶类型等因素有关。整体来说，在大多数站点Himawari-8 AOD与AERONET AOD之间具有较好的相关性，尤其是Pontianak、Chen-Kung＿Univ、Singapore、Anmyon、Baengnyeong、Beijing-CAMS、Gangneung＿WNU、XiangHe等站点，两个数据集的相关性均大于0.8。虽然Fuguei＿Cape站Himawari-8 AOD与AERONET AOD之间的相关系数为0.9，但其数据量较少，并不具有代表性。在American＿Samoa、Bandung、Birdsville、Bukit＿Kototabang、Canberra、Fowlers＿Gap、Jabiru、QOMS＿CAS等站点出现地基观测值很小而卫星反演的气溶胶光学厚度较大的情况。American＿Samoa位于太平洋中部偏西南方的美属萨摩亚群岛，由死火山形成，四周环绕着珊瑚礁。Bandung是印度尼西亚西爪哇省首府，位于爪哇岛西部火山群峰环抱的高原盆地中。Birdsville在澳大利亚的伯兹维尔小镇上，位于辛普森沙漠的边缘，气候非常干旱。Bukit＿Kototabang位于印度尼西亚西苏门答腊岛，周围主要由热带森林种植园组成（Nurhayati and Nakajima,2012）。Canberra位于澳大利亚东南部山脉区的开阔谷地上，属于亚热带季风性湿润气候，是热带海洋气团和极地大陆气团交替控制和互相角逐交绥的地带。Fowlers＿Gap，福勒峡干旱区观测研究站，属澳大利亚的新南威尔士州，福勒峡区覆盖了布罗肯希尔北部障碍区及其周围的干旱牧场。Jabiru位于被列于世界遗产名录的卡卡杜澳大利亚国家公园内，靠近风景秀丽的阿纳姆地悬崖。QOMS＿CAS，中国科学院珠穆朗玛大气与环境综合观测研究站，其气溶胶特征反映了高山大气背景状况（Xu et al.,2014）。地基观测是在单个站点的观测，但卫星观测是区域观测，在以上8个站点地基观测的气溶胶光学厚度虽然较小，但卫星值是包括地基站点周围复杂地形下大的气溶胶光学厚度在内的平均值，这可能就会造成地基观测值很小而卫星反演的气溶胶光学厚度较大的情况。Jaipur，拉贾斯坦邦首府，印度北部的一座古城，属热带季风气候，年降雨量超过2300 mm。Manila＿Observatory，马尼拉天文台，于1865年由菲律宾耶稣会特派团成立，它可以系统地观测菲律宾的天气。Pune位于印度马哈拉施特拉邦，其西边为德干高原，这是一个丘陵城市，属于炎热的半干旱气候。在Jaipur、Manila＿Observatory、MCO-Hanimaadhoo、Pune四个站点，卫星反演气溶胶光学厚度在地基观测值较大时仍然较小，这可能是由于卫星反演算法中气溶胶类型不适用的原因。在气溶胶光学厚度比较高的情况下，气溶胶模式误差将占主导地位（吴序鹏等,2012）。在Beijing、BeijingCAMS、Chiang＿Mai＿Met＿Sta、Gandhi＿College、Kanpur、KORUS＿Baeksa、Kathmandu-Bode、KOR-US＿Iksan、KORUS＿Mokpo＿NU、KORUS＿Olympic＿Park、KORUS＿Taehwa、KORUS＿Songchon、Luang＿Namtha、Omkoi、Nong＿Khai、NGHIA＿DO、Pusan＿NU、Seoul＿SNU、Silpakorn＿Univ、Son＿La、XiangHe和Yonsei＿University站点，Himawari-8AOD与AERONET AOD之间虽然相关性较好（R>0.50），但两个数据集的线性回归方程的斜率较小，这说明Himawari-8反演的气溶胶光学厚度在这些站点存在明显的低估现象。这可能是受地球同步卫星的高轨道高度和传感器的灵敏度的影响导致其反演产品存在系统偏差，需要对其误差来源进行研究。就Himawari-8静止气象卫星反演的气溶胶光学厚度产品的可靠性及适用性而言，在Anmyon、Baengnyeong、Chen-Kung＿Univ、Gangneung＿WNU、Gosan＿SNU、Hong＿Kong＿PolyU、Hong＿Kong＿Sheung、Shirahama、Singapore、USM＿Penang和Songkhla＿Met＿Sta站点，Himawari-8卫星反演的气溶胶光学厚度产品具有较好的结果。在卫星反演气溶胶光学厚度的过程中，受地表反照率、气溶胶类型的不同以及当地环境等因素的影响所造成的实际误差难以控制，Himawari-8反演的气溶胶光学厚度产品确实存在极大的空间上的不确定性。
图3 70个站点AOD绝对误差（Himawari-8 AOD与AERONET AOD的差值）与AERONET及Himawari-8 AOD的关系热点图，颜色表示不同区间内数据对的数量图3 70个站点AOD绝对误差（Himawari-8 AOD与AERONET AOD的差值）与AERONET及Himawari-8 AOD的关系热点图，颜色表示不同区间内数据对的数量
【参考文献】：
期刊论文
[1]大气气溶胶的卫星遥感及其在气候和环境研究中的应用[J]. 陈洪滨,范学花,夏祥鳌. 大气科学. 2018(03)
[2]暗目标法的Himawari-8静止卫星数据气溶胶反演[J]. 葛邦宇,杨磊库,陈兴峰,李正强,梅笑冬,刘李. 遥感学报. 2018(01)
[3]高分一号数据的气溶胶光学厚度反演和验证[J]. 许研,张炜,司一丹,李莘莘. 遥感信息. 2016(05)
[4]沈阳地区MODIS与MERSI气溶胶产品对比研究[J]. 张婕,刘昊野,辛金元,张文煜,肖国杰,冯鑫媛,王莉莉. 遥感学报. 2016(04)
[5]中国地区MODIS气溶胶产品的验证及反演误差分析[J]. 王宏斌,张镭,焦圣明,张志薇,朱毓颖,朱承瑛. 高原气象. 2016(03)
[6]利用静止卫星MTSAT反演大气气溶胶光学厚度[J]. 高玲,任通,李成才,杨东伟,石光明,毛节泰. 气象学报. 2012(03)
[7]塔克拉玛干沙漠地区气溶胶光学厚度卫星遥感产品验证[J]. 吴序鹏,杨军,车慧正,李晓静,夏祥鳌. 气候与环境研究. 2012(02)
[8]中国区域MODIS陆上气溶胶光学厚度产品检验[J]. 李晓静,张鹏,张兴赢,孙凌,齐瑾,张艳. 应用气象学报. 2009(02)
[9]基于6S模型从MODIS图像反演陆地上空大气气溶胶光学厚度[J]. 王新强,杨世植,朱永豪,易维宁. 量子电子学报. 2003(05)
[10]ANALYSIS OF THE ATMOSPHERIC AEROSOL OPTICAL DEPTH OVER CHINA IN 1980s[J]. 罗云峰,李维亮,周秀骥,何晴,倾继祖. Acta Meteorologica Sinica. 2000(04)
博士论文
[1]中国地区气溶胶光学特性地基联网观测与研究[D]. 辛金元.兰州大学 2007
本文编号：3129971
本文链接：https://www.wllwen.com/projectlw/qxxlw/3129971.html
