利用风云二号卫星观测反演地球表面温度的新算法研究

针对风云二号卫星SVISSR传感器多波段和双星立体观测的特点，本项目开展利用其观测反演海表和地表温度的多波段和多角度新算法研究，内容包括交叉辐射定标、海表比辐射率模型发展、地表比辐射率反演、温度反演算法发展、温度反演和精度验证等。为了提高反演精度，本项目引入海表比辐射率模型，用辐射传输模拟数值实验发展出多波段和多角度海表温度反演新算法。在此基础上，针对地表特点对算法进行改进，发展出较精确的多波段和多角度地表温度反演新算法。新算法所需的地表比辐射率除用温度无关的波谱指数方法外，还将发展利用MODIS温度/比辐射率数据结合BRDF模型计算SVISSR波段比辐射率的新方法，重点建立MODIS和SVISSR波段比辐射率在像元尺度上的转换公式，消除波谱响应函数差异和观测角度的影响。用新算法处理风云二号卫星数据，反演得到地球表面温度，最后用实测数据和MODIS温度产品对结果进行精度验证。

本项目完成从风云二号(FY-2)数据反演地球表面温度的新算法研究，获得一系列研究成果，主要有：.1) 交叉辐射定标. 以MODIS/Terra和AIRS/Aqua波段的辐射定标为标准，分别用光线匹配方法和超光谱卷积方法完成对SVISSR/FY-2红外波段的交叉辐射定标。结果表明，相对于MODIS/Terra和AIRS/Aqua，SVISSR/FY-2的第1、2和4波段存在较大的定标偏差，并给出了交叉辐射定标系数。.2) 海表比辐射率模拟. 基于Wu and Smith (1997)的方法，完成SVISSR/FY-2第1、2和4波段海表比辐射率的模拟计算。模拟结果表明，海表比辐射率是观测角度、波长和海表粗糙度的函数。在观测角度小于60º时，海表比辐射率对海面风速不敏感，使用风速为8m/s时的海表比辐射率代替其它海表比辐射率所引起的误差小于0.5%，对卫星观测的影响小于0.1K。模拟结果可满足精确反演海表温度的要求。.3) 地表比辐射率反演算法的发展、评估和应用. 基于TISIE概念，发展出从SVISSR/FY-2数据反演中红外和热红外波段地表比辐射率方法，并用辐射传输数值模拟实验对影响反演精度的5种误差源进行了评估和分析，定量地给出了误差范围和大小。该方法在中国西部和东部两个区域开展了反演应用，并用MODIS/Terra产品对结果进行了验证，结果表明该方法在植被区能取得较好的精度，而在裸土区的误差较大。基于基线拟合法，本项目发展出一种从MODIS/Terra产品快速计算SVISSR/FY-2第1和第2波段地表比辐射率的新方法。结果显示用该方法计算得到的地表比辐射率能满足从FY-2数据精确反演地表温度的要求。.4) 地球表面温度反演算法发展、应用和验证. 基于MODTRAN和调整后的标准大气模式，用辐射传输数值模拟实验发展出从FY-2数据反演地表和海表温度算法。然后，在亚洲、西太平洋和印度洋的广大区域从FY-2数据反演地表和海表温度。最后，用MODIS/Terra地表温度和海表温度产品对反演结果进行交叉验证。相对于MODIS/Terra产品，从FY-2C、FY-2D和FY-2E数据反演的地表温度的误差分别为0.3±1.6K、0.3±1.9K和1.0±1.8K，而海表温度的误差分别为-0.6±1.3K、-0.2±1.5K和0.4±1.8K。