MODIS地表反射率产品支持的HJ-1CCD数据高精度大气纠正

摘要

环境一号卫星(HJ-1)是我国发射的第一颗专门用于环境与灾害监测预报的卫星，HJ-1 CCD是该卫星上最重要的传感器之一。CCD相机重访周期为96 h(HJ-1A和HJ-1B组网后为48h)，空间分辨率接近30 m，两台CCD相机拼接后幅宽为710km，在0.43～0.9μm谱段范围内设置了4个通道。CCD相机中高空间分辨率和短重访周期的特点，使其在地表多参数提取应用中可以发挥重要作用。但其波段设置的局限，使该传感器高精度大气纠正面临严峻挑战，限制了该传感器地表多参数的高精度提取。为解决以上问题，本文针对HJ-1 CCD数据特点，开展了高精度大气纠正方法研究，并开发了HJ-1CCD数据大气纠正系统。主要工作如下:
　　1)高精度气溶胶光学厚度(AOD)反演。气溶胶对大气的散射与吸收是HJ-1 CCD数据最重要的大气影响因素，因此AOD的确定成为HJ-1 CCD首先要解决的关键问题。HJ-1 CCD缺少2.1μm附近的短波红外波段，使浓密植被像元与其地表反射率的确定变得困难，AOD的高精度确定受到巨大挑战。本文提出使用MODIS地表反射率数据支持的HJ-1 CCD数据AOD反演方法。其基本思想是:使用高精度MODIS地表反射率产品为HJ-1 CCD数据地表反射率的确定提供支持。通过分析长时间序列的植被覆盖区域地表反射率的变化性特点，确定利用MODIS地表反射率产品生成HJ-1 CCD数据地表反射率的方法。针对MODIS地表反射率产品中云覆盖像元以及生成过程中产生的误差等问题，确定了有效的地表反射率合成方法;为有效降低两类图像空间匹配误差对像元地表反射率确定的影响，本文提出了使用像元百分比匹配的方案来代替传统的逐像元匹配的方法。使用AERONET站点数据对AOD反演结果进行验证，结果表明反演的AOD具有较高的精度和稳定性。
　　2)快速高精度大气纠正。基于辐射传输模型以及HJ-1 CCD传感器参数设计，构建了可用于不同区域、不同时间不同观测条件的HJ-1 CCD大气纠正的系数查找表，可以离线独立实现HJ-1 CCD的大气纠正。在分析不同参数对CCD相机接收信号影响的敏感性的基础上设置输入参数步长，保证查找表纠正精度;查找表构建为树形查找表，查找时通过粗定位后线性插值得到纠正参数，提高了计算精度和运算速率。
　　3)HJ-1 CCD数据大气纠正的真实性检验。为确定HJ-1 CCD大气纠正的精度，本文使用三种方法来验证HJ-1 CCD数据地表反射率计算结果的真实性:(1)基于地表测量的光谱数据，使用本文计算的地表反射率数据与地基光谱数据进行对比分析;(2)选择相同时间和空间范围的与高精度MODIS地表反射率产品与本文计算的地表反射率产品进行对比验证;(3)分析长时间序列不同地表类型的HJ-1 CCD地表反射率的变化趋势来验证其精度和稳定性。验证结果表明，使用本文提出的大气纠正方法校正后的图像清晰，地物层次分明，在平原区中等反射率地物的HJ-1 CCD的地表反射率产品误差小于10％。大气纠正结果具有较高的稳定性。
　　4)HJ-1 CCD数据大气纠正系统开发。根据本文提出的HJ-1 CCD大气纠正方法，使用C++编程语言开发了HJ-1 CCD数据大气纠正系统，主要包括HJ-1 CCD数据的输入、气溶胶光学厚度反演、大气纠正、地表反射率产品输出、真实性检验等功能。实现了H J-1CCD地表反射率产品的业务化生产流程，该系统具有运算速度快、自动化程度高、可拓展性强等优点。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 引言

1．2 环境一号卫星CCD数据介绍

1．3 选题意义

1．4 国内外研究进展

1．5 主要研究内容

2 大气纠正原理

2．1 大气影响

2．2 6S辐射传输模型简介

2．3 大气纠正原理

2．4 气溶胶光学厚度反演原理

3 地表参数数据集生成

3．1 引言

3．2 MODIS地表反射率产品介绍

3．3 地表参数数据生成

3．4 地表参数数据与HJ-1 CCD数据关联方法

4 气溶胶光学厚度反演与大气校正

4．1 查找表构建

4．2 气溶胶光学厚度反演

4．3 HJ-1 CCD数据大气校正

4．4 大气纠正结果验证

4．5 误差因素分析

5 HJ-1 CCD大气纠正系统开发

5．1 系统设计

5．2 系统实现

6 结论与展望

6．1 结论

6．2 存在的问题及展望

致谢

参考文献

作者从事科学研究经历及攻读学位期间发表的论文、专利及奖励