2017賽前輔導(dǎo)遙感應(yīng)用組04idl入門學(xué)習(xí)素材包modisdata

引 概況和背 歷史回 儀器特 算法描 理論基 統(tǒng)計(jì)回歸反演算 物理廓線反 反演產(chǎn) 柱狀水汽總量和臭氧總 大氣穩(wěn)定 業(yè)務(wù)化反演實(shí) 云檢測(cè)算 輻射偏差訂 對(duì)NOAA-88b訓(xùn)練數(shù)據(jù)集的訂 4.4紅外 m通道的表面發(fā)射 MODISMOD07產(chǎn)品驗(yàn) MODIS溫度濕度與ARM-CART觀察之間的比 MODIS和GOESTPW之間大陸范圍內(nèi)的比 MODIS產(chǎn)品與SSM/I和TOMS產(chǎn)品的全球?qū)?技術(shù)方面的問(wèn) 儀器誤 數(shù)據(jù)處理注意事 質(zhì)量控 輸出數(shù)據(jù)描 將來(lái)的工 參考文 本文介紹了一種晴空條件下利用ODIS多種波長(zhǎng)熱輻射測(cè)量法反演大氣溫度、濕度垂直廓線的算法。雖然ODIS不是一種探測(cè)器器，但它的確具有目前NOA/TOVS的HIRS上的許多通道，因此可以從ODIS紅外輻射測(cè)量中反演對(duì)大MODIS（ODIS采用的反演算法來(lái)源于GOES和HIRS所采用的溫度、濕度廓線反演算法。由于MODISODIS（ODIS空間分辨率為1公里，而HIRS為17公里）。。這種算法理論是在李（2000）、斯密斯、伍爾夫（1988）、海登（1988）、i2000)、Sthdoof1988)ddn1988)工作的基礎(chǔ)上提出來(lái)的。利用ODIS反演大氣廓線的優(yōu)點(diǎn)是：15個(gè)高空間分辨率的紅外光譜通道適用于探ODIS研究者需要高空間分辨率的ODIS濕度廓線，如完善海洋表面溫度和陸地表面溫度反演算法。ODIS反演的臭氧MODIS的高空間分辨率探空數(shù)據(jù)和IRS的高光譜分辨率探空數(shù)據(jù)結(jié)合起來(lái)，將為晴空條件下大氣結(jié)構(gòu)提供大量的新信息。歷史過(guò)拉斯變換后得到的。同時(shí)證明了利用遙感信息獲取溫度廓線的可能了溫度探測(cè)理論。勒注意到在光譜通道的兩側(cè)，可探測(cè)大氣，光譜通Wark(1961)提出一種利用探測(cè)大氣溫度廓線的計(jì)劃。在1969發(fā)射的第一顆搭載了探測(cè)器（WarkandHillrary，1970）。隨后在軌道大型氣象1991年史密斯Smith(1991)的。儀器(Kingetal.1992)。表1列出了MODIS的技術(shù)規(guī)格。1:MODIS2:MODISFigure1:MODISinfraredspectralresponse.NadirviewingemissionspectrumofU.S.StandardAtmospherefromLBL-RTM.理論得，即二氧化碳，一種較小的有著0.003相對(duì)體積的要素，位于紅外旋轉(zhuǎn)通道；氧氣，一種較大含量且有著0.21相對(duì)體積的氣體，也滿足混合比均一的要求，Twomey，1977andHoughtonetal，1984)。下面的內(nèi)容將對(duì)業(yè)務(wù)化反演方法進(jìn)行統(tǒng)計(jì)回歸反演一種來(lái)定遙探器演度度廓的速效方法是在觀測(cè)的輻射和相應(yīng)的大氣廓線之間事先建立統(tǒng)計(jì)學(xué)關(guān)系TOVS處理包(ITPStht.1993)Stht1970)（關(guān)于業(yè)務(wù)大氣濕度反演算法也作了簡(jiǎn)述而權(quán)重函數(shù)只能代表一層中輻射的平均情況，因此M個(gè)輻射并不相對(duì)獨(dú)立，使其中，A（Vj，Pi）為線性算子，在（2）式中可知A是權(quán)重函數(shù)矩陣的逆種最合適的算子矩陣A，使計(jì)算誤差最小不包括任何輻射傳輸計(jì)算。然而，無(wú)線電探空儀每天在0000UTC和1200UTC觀在ODIS反演算法中，計(jì)算過(guò)程中使用了由全球大于8400個(gè)溫度、濕度、臭氧廓線組成NOAA-88bMODIS通道輻射率的計(jì)算是由AAST模型完成ODISMODIS光譜通道輻射計(jì)算疊加了儀器噪音?；貧w系數(shù)由正演計(jì)算的輻射值和相匹配的探空廓線數(shù)據(jù)得出。為了完成回歸計(jì)算，方程(5)應(yīng)用實(shí)際的ODIS探測(cè)ODIS物理廓線(Lietal.，2000)運(yùn)在輻射傳輸方程中，以便改進(jìn)算法。這部分描述了物理（penalty）函數(shù)來(lái)判斷MODIS通道測(cè)值對(duì)初始場(chǎng)的擬合程Y(X表示從大氣狀態(tài)（X）計(jì)算而得到的MODIS亮度溫度矢量，ｒ是通過(guò)差異原理決定的調(diào)整參數(shù)(LiandHaung，1999；Lietal.2000)。這種方案在請(qǐng)看Lietal.(2000)。反演一種測(cè)量大氣熱力學(xué)穩(wěn)定性的方法是total-totalsindex，由下式定T850、T500分別表示850百帕、500百帕的溫度，TD850表示850百帕的溫度，TT是從探空站資料對(duì)大氣穩(wěn)定度的估計(jì)。對(duì)于冷中部對(duì)流層空氣之下暖濕大氣來(lái)講，TT值較高(e.g.，50-60K)，并且期望得到對(duì)流。探空資料導(dǎo)出的TT局限性有兩點(diǎn)：(a)空間間距太大將抓不住局部對(duì)流系統(tǒng)，（b）假如我們把850百帕定義為，D850=T850-TD850，那層低層的溫度遞減率(T850-T500)和低層相對(duì)濕度濃度D。假定在和百史密斯和周(1982)SmithandZhou(1982)了用這種方法研究的幾種情況，一處理程序是由威斯康新大學(xué)的空間科學(xué)工程中心開(kāi)發(fā)的。MODIS通道的輻射傳輸計(jì)算是由一種被稱為大氣透過(guò)率氣壓層快速算法（PFAAST）的輻射傳輸模型來(lái)完成的(EyreandWoolf1988，Hannonetal. 個(gè)氣壓層。這種計(jì)算考慮到了天云檢測(cè)MODIS大氣和表面參數(shù)反演需要在晴空條件下進(jìn)行。業(yè)務(wù)的MODIS云檢測(cè)輻射偏差（Hayden1988）的偏差的技術(shù)改進(jìn)后運(yùn)在了MODIS大氣廓線反演算法中。為MODIS通道計(jì)算的輻射而作的偏差訂正被證明對(duì)大氣參數(shù)反演有積極的影響。() 年月到 年月在SDPARM-CART站點(diǎn)的60個(gè)晴天個(gè)例中得到的MODIS在SGPRM-CT站點(diǎn)進(jìn)行了MODIS產(chǎn)品采用偏差訂正與不采用偏差訂正之間的比較，證明采用偏差訂正有重要的改進(jìn)作用。在SPRM-CT場(chǎng)地對(duì)兩種ODIST場(chǎng)地的與ODIS的RS從4.94減少到了3.61。濕度反演例子MODISSGPR-CT場(chǎng)地的偏差計(jì)算不適合應(yīng)用在其它范圍和其它生態(tài)系統(tǒng)類型。但實(shí)（TPTIRS（TOV(Ere1992；rrsd，2001)中的算法。為計(jì)算全球輻射偏差訂正量，比較了2001年６月２-５日天頂角小于30o的MODIS實(shí)測(cè)輻射亮溫與模式計(jì)算的亮溫。亮溫計(jì)算過(guò)程中，采用了MODIS反在很大的。這些數(shù)據(jù)在做全球統(tǒng)計(jì)時(shí)被排除在外了。全球偏差分為12組：6時(shí)，60個(gè)場(chǎng)景的MODIS－MWRTPW的RMS數(shù)據(jù)增加了0.2mm。業(yè)務(wù)運(yùn)行的對(duì)NOAA-88b訓(xùn)練數(shù)據(jù)集的的11m亮度溫度（BT11）NOAA-88b數(shù)據(jù)被分為七個(gè)區(qū)。這七個(gè)區(qū)為BT11<245245-269269-285285-294294-300300-310310oK。每個(gè)以后，暖表面就沒(méi)有足夠的訓(xùn)練數(shù)據(jù)分配(最后兩個(gè)區(qū)，BT11>300oK)。為了滿足了在每個(gè)層次上相對(duì)濕度<90%、直到100hPa從物理上都是合理的標(biāo)準(zhǔn)。從分到七個(gè)區(qū)，加入訓(xùn)練數(shù)據(jù)后改進(jìn)了MODISTPW反演。最顯著的改進(jìn)出現(xiàn)在4.4紅外 m通道的表面發(fā)射一些地區(qū)如非洲北部的沙漠來(lái)講，4m處的表面發(fā)射率要比11m處的低(SalisburyandD’Aria1992)。由于沙漠發(fā)射率沒(méi)有包含在訓(xùn)練數(shù)據(jù)集中，紅外4.4m到4.5m通道(bands24and25)不能精確的表現(xiàn)出來(lái)，并且沙漠區(qū)MODIS反演Figure7:Brightnesstemperatureincrement(oK)forbands24and25individually(dash-dotanddash，respectively)andforthedifferencebetweenbands25-24(solidline).CalculationsusedastandardU.S.mid-latitudesummeratmosphere.MODISMOD07MODIS溫度濕度與ARM-CART果。TERRA在每天0415-0515UTC和1700-1800UTC覆蓋SGPCART。無(wú)線 年月到 年月來(lái)的種晴空個(gè)例作了比較，手動(dòng)檢查可見(jiàn)和紅外圖象并把所上收集而來(lái)的MODIS與MWRTPW之間的RMS差異是3.63mm。對(duì)于干燥大氣，(MODIS減去MWR)大約3mm，少于用MWRTPW檢測(cè)的結(jié)果10mm。Figure8.ComparisonofTPWfromMODISregression(reddot)，GOES-8(bluediamonds)，andradiosonde(blackcross)withtheSGPARM-CARTmicrowavewaterradiometer(MWR)inmillimeters.64casesfrom01April2001toJune2002areshowninthecomparison.Thedottedlineindicatesaone-to-onecorrespondence.圖9列出了一個(gè)RAOB和MODIS之間的溫度濕度比較的例子。由于大MODIS在有著溫度濕度急劇變化的情況下，ODIS就不能很好捕獲結(jié)構(gòu)，期待從qua的大氣紅外探測(cè)器（IRS）改進(jìn)的探空能力。Figure9. 反演區(qū)圍繞SGPARM-CART基點(diǎn)在1705UTC蘭色)條件下，無(wú)線電探空儀發(fā)射在1728UTC(黑色)。在溫度和濕度平滑的情況下，MODIS捕獲鉛直結(jié)構(gòu)相當(dāng)好。MODIS和 TPW之間大陸范圍內(nèi)的比在大陸尺度，MODISTPW與GOES-8和GOES-10探測(cè)器反演的TPW在和墨西哥進(jìn)行比較，GOESTPW已經(jīng)被很好的證實(shí)(Sitetal.2002)GOES輻射測(cè)值反演大氣廓線。與MODIS不同的是，GOES每小時(shí)的輻射測(cè)量是以前面描述的回歸反演。圖是 年月日在洲的白天和夜間MODISTPW西哥海灣上空的反演除MODISTPW通過(guò)回歸反演比GOES低外，兩者表現(xiàn)出相圖10.在洲通過(guò)MODIS回歸(左)、MODIS物理反演(中間)和GOES-8顆粒即1640164518201825UTC；GOES是在1800UTC)，底部柱狀表示夜間的反演(MODIS0435，0440，0445，0615，0620UTC;GOES06UTC)。MODIS產(chǎn)品與SSM/I和TOMS年月日從MODIS大氣反演而來(lái)的全球TPW與從DMSP圖11. 年月日MODISTPW(mm，上圖)和SSM/If-14TPW(mm，下圖)的分配情圖中。SSM/I數(shù)據(jù)通過(guò)h SSM/I分辨率12.5km)晴天或者陰天海面上反演產(chǎn)品僅僅使用22和37GHz微波通道。MODIS和SSM/I顯示出相似的TPW分配模式和相似的數(shù)量。然而MODIS反演在哪兒完成，因?yàn)榉囱葜恍枰?5像素的五分子一在晴空的55MODIS可見(jiàn)區(qū)柱狀臭氧總量反演與 年月日從地球探測(cè)遙感上的NS/GSFC臭氧繪圖分光計(jì)（TOS）(ondrueger1985；Ptrst.，1996，1998)臭氧量得來(lái)臭總相比，圖12TOS得來(lái)的臭氧的分布與從ODIS得來(lái)的相似。為了預(yù)測(cè)幾天到一周這一時(shí)間段內(nèi)臭氧的演變，可TOS工具量反向射外輻射，因此不能在夜晚提供測(cè)量。從ODIS而來(lái)的高空間分辨率紅外輻射測(cè)量法允許在白天和夜間進(jìn)行臭氧總量估計(jì)。圖12．從MODIS(頂部)和TOMS(底部)而來(lái)的柱臭氧總量(DobsonMODIS溫度、濕度廓線反演算法依賴于作為輸入的MODISLevel-1B數(shù)據(jù)的儀器去對(duì)帶有HIRS數(shù)據(jù)的這些算法的使用文獻(xiàn)稱在大約1.9C時(shí)的溫度廓線誤差、4C數(shù)據(jù)處理注意反演算法需要校準(zhǔn)、導(dǎo)航、從通道24和25(4.46和4.52m短波CO2吸收通道)、27-29(6.72到8.55m為濕度信息)、30(9.73m為臭氧量)、31-32(11.03和12.02分離窗口)和33-3613.34、13.64、13.94和4.24mCO2吸收通道)相互比MODIS云檢測(cè)用來(lái)作為云標(biāo)識(shí)和地表類型（陸地和海洋）。NCEPGDAS1質(zhì)量代碼中的自動(dòng)測(cè)驗(yàn)核對(duì)溫度和濕度輸出值。此外，每天、每8在上的ODIS大氣組監(jiān)測(cè)其連性。輸出數(shù)據(jù)表4:MOD07空間分辨率55::TAItimeatstartof (no(noTotalTotals將來(lái)改善算法的工作將包括運(yùn)用的無(wú)線電探空儀觀察資料來(lái)完善訓(xùn)練ODIS太平洋和rro、阿拉斯加等地的其它RM-CT點(diǎn)的數(shù)據(jù)。是可能的。PlokhenkoandMenzel1999)表示有可能在一物理的方案中運(yùn)用半球時(shí)通過(guò)1g/kg的值來(lái)訂正(圖13b)。MODIS大氣廓線ATBD的修改將被用來(lái)說(shuō)明:圖13b:兩種運(yùn)算法則方案的穩(wěn)定性(有和沒(méi)有表面反射)通過(guò)溫度或比率在一給出的大氣Ackerman，S.A.，K.I.Strabala，W.P.Menzel，R.A.Frey，C.C.Moeller，andL.Gumley，1998:DiscriminatingclearskyfromcloudswithMODIS.J.Geophys.Res.，103，D24，32141-32157.Alishouse，J.C.，S.Snyder，J.Vongsathorn，andR.R.Ferraro，1990:DeterminationofoceanictotalprecipitablewaterfromtheSSM/I.IEEETrans.Geo.Rem.Sens.，28，811-Bowman，K.P.andA.J.Krueger，"AglobalclimatologyoftotalozonefromtheNimbus-7OzoneMapSpectrometer"，J.Geophys.Res.，90，7967-7976，Eyre，J.R.，andH.M.Woolf，1988:Transmittanceofatmosphericgasesinthemicrowaveregion:afastmodel.Appl.Opt.，25，3244-3249.ECMWFTechnicalMemorandum186.28Ferraro，R.R.，F(xiàn).Weng，N.C.Grody，andA.Basist，1996:Aneightyear(1987-94)climatologyofrainfall，clouds，watervapor，snowcover，andsea-icederivedfromSSM/Imeasurements.Bull.ofAmer.Meteor.Soc.，77，891-905.Fleming，H.E.andW.L.Smith，1971:Inversiontechniquesforremotesensingofatmospherictemperatureprofiles.ReprintfromFifthSymposiumonTemperature.InstrumentSocietyofAmerica，400StanwixStreet，Pittsburgh，Pennsylvania，2239-2250.Fritz，S.，D.Q.Wark，H.E.Fleming，W.L.Smith，H.Jacobowitz，D.T.andJ. NationalEnvironmentalSaliteService，Washington，D.C.，49pp.Hannon，S.，L.L.Strow，andW.W.McMillan，1996:AtmosphericInfraredFastTransmittanceModels:AComparisonofTwoApproaches.Proceed