modis海表温度反演系统设计与实现

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1、万方数据遥摩信息■感应用基于MODIS的海表面温度反演系统设计与实现陈宏①，许华②～，李家国⑦～，余涛o～，顾行发。～，李虎①(①福建师范大学地理科学学院，福州350007；②遥感科学国家重点实验室，中国科学院遥感应用研究所，北京100101；③国家航天局航天遥感论证中心，北京100101)摘要：海表面温度(SST)是重要的海洋物理参数，对海洋研究具有重要意义。通过遥感数据反演是目前获取SsT数据的主要方法之一。遥感反演数据具有反映大区域尺度的海温连续分布状况，且数据获取及时稳定等特点。本文基于IDL构建了面向EoS／MODlS数据的SST

2、反演系统，讨论了系统的功能和结构，给出了具体的数据反演处理流程，对系统中采用的SsT反演算法和云检测方法进行了详细说明。最后以我国东海海域为例，将反演结果与多年观测资料对比，表明系统反演得到的ssT分布规律与多年观测资料一致，同时还利用同步观测的浮标数据和NASAMODISSST产品对反演结果进行验证，结果显示系统反演的SST平均误差为1℃。数据精度满足海洋预报和其他科学研究的需要。关键字：MODIS}SsT；反演系统中图分类号：TP79文献标识码：A文章编号：1000—3177(2009)102一0076一051引言海表温度(SST)的遥

3、感测量作为海表面温度的重要获取手段有着重要的应用价值和科学意义。利用遥感获取SST的方法主要有两种，即红外和微波。红外SST数据能够提供较高的空间分辨率，但是数据精度易受云的影响。相反，微波测量不受大气因素干扰，但反演出的SST数据空间分辨率较低，远不如红外反演数据[1]。目前，国外利用遥感红外数据反演SST已得到应用，较为成熟的有AVHRR和MoDIS的SST产品。其中，AVHRR提供了两种SST产品，一种是AVHRRMutli-ChannelSST，另一种是AVHRRPathfinderSST。这两种产品都是由NASAJPLP0．DAA

4、C(ThePhysicalOceanographyDistributedActiveCenter)提供。AVHRRMutli-ChannelSST是空间分辨率为18km的周平均全球MCSST数据，采用多通道线性算法(分裂窗算法)，时间跨度从1981年12月至今。AVHRRPathfinderSST采用Pathfinder算法，分为晚上和白天产品[2]。此外，MODIS提供的SST产品是属于MoDIS44种反演产品中的一种，产品ID为MoD28，分别提供Level2和Level3两种等级数据。Level2数据的空间分辨率为1km，Level3

5、数据的空间分辨率有4．6km、36km和1。三种格式。NASA每天提供覆盖全球范围的Level2级白天和夜间SST反演数据。Level3数据是在Level2数据的基础上生成的。虽然这些SST数据可免费获取，但是在数据格式和数据发布的时效上往往难以满足我国海洋研究和预报的需要。通过自主开发SST反演系统能够有效摆脱这些限制，而且自主开发系统能够选择更加合适的反演算法以提高反演精度。因此，建立自主的遥感SST反演系统是非常有意义的。2SST反演系统设计2．1系统数据流程设计系统拟用MODIS作为反演数据。MODIS是NASA对地观测系统(EOS

6、)计划的极地轨道环境遥感卫星Terra所携带的中分辨率成像光谱仪。MODIS拥有36个光谱通道，覆盖可见光、近红外和热红外波段，拥有250m、500m、1000m三个不同的空间分辨率，扫描宽度2330km[3]。MODIs在红外波段设置上十分丰富，其中20、29、31、32波段可用于温度探测。系统经过辐射预处理、云检测、SST收稿日期：2008一06—23修订日期：2008一09一03基金项目：国防科技工业民用专项科研技术研究项目：(编号：2006A01A0200)。作者简介：陈宏(1983～)，男，汉族，福建福州人，硕士研究生，研究方向为

7、定量遥感和GIS开发。BmaillcIlgis@126．com76万方数据■感应用遥摩信息反演、重投影等多个处理步骤后可生成SST反演数据。SST反演流程如图1：翌反演模型型L—．『i鬲i再甄ii芬焉^一lZ塑堕童些耋ssT产品重投影ssT产鼎输出卜_—．

8、ssT数据存储SST数据发布图1SS’r反演系统数据流程2．1．1辐射预处理MODIS．11b数据存储的是经过定标的反射率和辐射率缩放为16比特整数后的SJ刻度值。在反演处理之前，系统必须对MODIS11b数据进行辐射预处理。辐射预处理的目的是将11b数据中记录的DN值转换为反演处理所需

9、的反射率、辐射率和亮温等参数[4]。通过S工缩放公式可以将SJ刻度值转换成相应的反射率和辐射率。转换公式如下：，缸dZ口挖cP一，祝d主口咒cP—sc口ZPB*(S卜r口di口扎