基于深對流云目標(biāo)的風(fēng)云二號可見光通道輻射定標(biāo)

陳 林， 徐 娜， 胡秀清*， 陸 風(fēng)， 張 鵬

1. 中國氣象局國家衛(wèi)星氣象中心， 北京 100081

2. 中國氣象局中國遙感衛(wèi)星輻射測量和定標(biāo)重點開放實驗室， 北京 100081

基于深對流云目標(biāo)的風(fēng)云二號可見光通道輻射定標(biāo)

陳 林1, 2， 徐 娜1, 2， 胡秀清1, 2*， 陸 風(fēng)1, 2， 張 鵬1, 2

1. 中國氣象局國家衛(wèi)星氣象中心， 北京 100081

2. 中國氣象局中國遙感衛(wèi)星輻射測量和定標(biāo)重點開放實驗室， 北京 100081

介紹了一種采用深對流云目標(biāo)對風(fēng)云二號(FY-2)掃描輻射計可見光通道進(jìn)行輻射定標(biāo)的方法。 以深對流云作為輻射定標(biāo)參考載體， 以AQUA/MODIS獲得的深對流云反射率作為輻射基準(zhǔn)參考， 以GOME-2和輻射模式模擬的DCC光譜進(jìn)行了光譜響應(yīng)函數(shù)的修正， 評估FY-2系列衛(wèi)星的可見光通道輻射定標(biāo)精度及其長序列衰減趨勢。 結(jié)果表明： (1)FY-2可見光通道存在不同程度的衰減， FY-2D， FY-2E和FY-2F的年衰減率分別約為1.67%， 1.69%和0.81%； (2)與國際推薦的參考儀器AQUA/MODIS的DCC反射率基準(zhǔn)相比， 風(fēng)云二號可見光通道業(yè)務(wù)定標(biāo)結(jié)果與之存在顯著差異， 其相對偏差了分別達(dá)到了39.9%， 29%和19.2%。 (3)FY-2衛(wèi)星在軌期間， 可見光通道存在一定程度的周期性的波動和跳躍現(xiàn)象。 借助深對流云目標(biāo)很好地實現(xiàn)了FY-2系列氣象衛(wèi)星的可見光輻射定標(biāo)， 獲取的輻射定標(biāo)結(jié)果已經(jīng)作為業(yè)務(wù)定標(biāo)更新的重要依據(jù)。

深對流云； 輻射定標(biāo)； 風(fēng)云二號； 可見光通道

引 言

衛(wèi)星探測數(shù)據(jù)精確性和長期穩(wěn)定性是衛(wèi)星定量應(yīng)用的基礎(chǔ)， 它需要通過星載遙感器的輻射定標(biāo)和持續(xù)檢驗來實現(xiàn)。 輻射定標(biāo)一般通過星上定標(biāo)裝置來完成。 然而不是所有的遙感器都具有星上定標(biāo)裝置， 特別是一些早期的衛(wèi)星由于技術(shù)和應(yīng)用的局限， 很少設(shè)計可見光星上定標(biāo)裝置。 而衛(wèi)星長期在軌運行過程中， 遙感器由于器件老化， 通常具有一定響應(yīng)衰減特征。 因此為了實現(xiàn)衛(wèi)星資料長期定量化應(yīng)用， 對在軌衛(wèi)星輻射定標(biāo)精度進(jìn)行評估與跟蹤具有十分重要的意義。

風(fēng)云二號氣象衛(wèi)星(FY-2)是我國第一代地球同步軌道靜止氣象衛(wèi)星， 目前在軌業(yè)務(wù)運行的有FY-2D， FY-2E和FY-2F三顆衛(wèi)星。 FY-2衛(wèi)星主要載荷沒有設(shè)計全口徑全光路的星上定標(biāo)裝置。 為了監(jiān)測儀器長期響應(yīng)衰減， 設(shè)計了簡潔的太陽光監(jiān)視器， 但不具備星上絕對定標(biāo)功能[1]。 FY-2衛(wèi)星可見光通道目前采用的業(yè)務(wù)定標(biāo)系數(shù)是發(fā)射前基于太陽源定標(biāo)獲取的， 在軌期間尚未更新過， 也未與國際參考儀器進(jìn)行過交叉比對。 因此有必要對它的輻射定標(biāo)精度進(jìn)行長期評估， 并研究遙感器在軌期間是否有響應(yīng)衰減現(xiàn)象。

目前關(guān)于FY-2衛(wèi)星紅外輻射定標(biāo)的方法和文獻(xiàn)較多[2-5]， 但針對FY-2可見光定標(biāo)方面的文獻(xiàn)卻不多見。 場地替代定標(biāo)是早期我國遙感器在軌絕對輻射定標(biāo)與真實性檢驗的重要手段， 在中國遙感衛(wèi)星輻射校正場支持下， 多次開展了敦煌輻射校正場地的FY-2可見光通道的替代定標(biāo)[6-7]。 敦煌輻射校正場位于40°N， 94°E附近， 其相對于FY-2靜止衛(wèi)星來說， 衛(wèi)星的觀測角度過大， FY-2D， FY-2E和FY-2F對其觀測角度分別約為48°， 49°和53°， 遠(yuǎn)超過場地輻射定標(biāo)一般所要求的30°以內(nèi)。 盡管可以進(jìn)行BRDF的修正， 但修正的幅度在1.09～1.57之間， 相對變化達(dá)到25.5%[8]。 另外FY-2衛(wèi)星成像受到雜散光的影響， 在圓盤圖的左上方， 雜散光相對較嚴(yán)重， 衛(wèi)星星下點附近區(qū)域雜散光會相對較弱[2]。 敦煌輻射校正場正好位于FY-2E(定位點105°E)和FY-2F(定位點112.5°E)圓盤圖的左上方， 不可避免地受到儀器雜散光的影響。

本文介紹了一種利用深對流云目標(biāo)對FY-2可見光通道輻射定標(biāo)的方法， 這種方法以熱帶地區(qū)深對流云作為輻射定標(biāo)目標(biāo)物， 以國際先進(jìn)的AQUA/MODIS作為基準(zhǔn)參考儀器， 采用它的DCC反射率基準(zhǔn)評估FY-2的輻射定標(biāo)精度及其長期趨勢。 由于DCC具有反射率高、 朗伯性好、 受大氣影響小且能連續(xù)跟蹤等優(yōu)勢[8-9]， DCC定標(biāo)方法已經(jīng)被世界氣象組織下的全球天基衛(wèi)星交叉定標(biāo)系統(tǒng)(WMO/GSICS)[10]列為優(yōu)先采用的可見光替代定標(biāo)方案之一。

1 實驗部分

1.1 數(shù)據(jù)介紹

FY-2D， FY-2E和FY-2F搭載改進(jìn)型可見光紅外自旋掃描輻射計(stretched visible infrared spin scanning radiometer， S-VISSR)。 FY-2F是該系列衛(wèi)星03批次， 其主要改進(jìn)包括優(yōu)化光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計、 進(jìn)一步減小了雜散光， 并且優(yōu)化了全部通道的光譜響應(yīng)形狀設(shè)計。 相比于01批和02批儀器， FY-2F星可見光通道光譜響應(yīng)函數(shù)進(jìn)一步變窄(圖1)， 且中心波長向短波方向移動。 它們目前分別定點在86.5°E， 105°和112.5°。 其中FY-2D， FY-2E承擔(dān)業(yè)務(wù)觀測任務(wù)， FY-2F承擔(dān)機(jī)動觀測和汛期區(qū)域加密觀測任務(wù)。

圖1 GOME-2實際測量的DCC光譜、 SBDART模式模擬的DCC光譜以及FY-2D， FY-2E， FY-2F和MODIS1通道的光譜響應(yīng)函數(shù)

Fig.1 DCC spectra from GOME-2 and SBDART simulation and the Spectral Responds Function for FY-2D, FY2E, FY2F VIS band and MODIS band 1

FY-2/SVISSR的可見光通道的量化等級為6 bit， 因此僅僅只有64個灰階等級， 儀器響應(yīng)的輻射分辨率低， 因此很難實現(xiàn)精準(zhǔn)的輻射定標(biāo)， 這也是FY-2可見光定標(biāo)的難點之一。

中分辨率成像光譜儀MODIS搭載在Terra和Aqua上， 是新一代圖譜合一的傳感器[11]。 它攜帶有高精度的星上定標(biāo)器， 其輻射定標(biāo)的不確定度在2%以內(nèi)[12-13]。 Wu等[14]利用Aqua/MODIS在軌運行前8年的數(shù)據(jù)分析表明， Aqua/MODIS波段1比Terra/MODIS更加穩(wěn)定， 其十年際的穩(wěn)定性在0.5%以內(nèi)。 因此本文采用Aqua/MODIS波段1作為參考輻射基準(zhǔn)。 具體采用Aqua/MODIS的第6版本的5km數(shù)據(jù)(MYD02SSH)。

1.2 DCC定標(biāo)方法

WMO/GSICS首要目標(biāo)即實現(xiàn)全球?qū)Φ赜^測衛(wèi)星數(shù)據(jù)之間的可比較性， 采用的主要方法是世界各國衛(wèi)星與參考基準(zhǔn)儀器交叉定標(biāo)， 目前紅外通道基于AIRS/CRIS/IASI高光譜儀器的交叉定標(biāo)方法相對成熟。 但是可見光通道的交叉定標(biāo)與紅外通道有不同之處， 它有幾個難點： 首先目前沒有可以作為輻射基準(zhǔn)的高光譜可見-近紅外在軌儀器； 其次不同目標(biāo)之間的光譜反射率差異極大， 即使是相似波段的2個通道式儀器也不能簡單的相比較； 再次不同目標(biāo)之間的雙向反射特性差異也很大， 即使相差的角度較小， 也必須進(jìn)行BRDF的校正。 正是由于這些難點的存在， 至今GSICS沒有產(chǎn)生一個標(biāo)準(zhǔn)的可見光通道GSICS訂正產(chǎn)品。 但是可以尋找一種反射率光譜較為平坦， 朗伯特性好的輻射定標(biāo)跟蹤物， 并以這種目標(biāo)為輻射傳遞媒介， 來進(jìn)行通道式輻射基準(zhǔn)儀器和目標(biāo)儀器之間的輻射定標(biāo)傳遞。 深對流云目標(biāo)就滿足以上的條件。 文獻(xiàn)[15]將DCC方法應(yīng)用于FY3A/MERSI的輻射定標(biāo)中， 得到了FY3A/MERSI儀器輻射響應(yīng)衰變特征， 其結(jié)果表明DCC定標(biāo)跟蹤方法的穩(wěn)定性要優(yōu)于其他替代定標(biāo)方法。 FY3C/MERSI的業(yè)務(wù)輻射定標(biāo)方案中也采用了DCC方法[16-17]。 本文在此基礎(chǔ)上針對FY-2的儀器特點進(jìn)行一些適應(yīng)性改進(jìn)。 其主要步驟包含以下幾個方面： (1)DCC目標(biāo)的選擇； (2)BRDF校正； (3)光譜校正； (4)DCC反射率計算方法。

(1)DCC目標(biāo)的選擇： 紅外亮度溫度小于205 K的象元被選為DCC。 這里值得注意的是： ①為了避免觀測幾何角過大的導(dǎo)致的不確定性影響， 只選擇了熱帶地區(qū)的數(shù)據(jù)， 數(shù)據(jù)必須滿足經(jīng)緯度條件和太陽天頂角和衛(wèi)星觀測天頂角的條件； ②為了避免較小的對流單體的影響， 需要通過目標(biāo)均一性檢測， 選擇目標(biāo)尺度較大的發(fā)展較為旺盛的對流云目標(biāo)； ③最重要的一點是， 已有文獻(xiàn)表明早期的FY-2紅外輻射定標(biāo)存在較大的偏差[3, 5]， 特別是在低溫端[4]， 因此為了DCC目標(biāo)識別的準(zhǔn)確性， 并且使得選擇標(biāo)準(zhǔn)的一致性， 采用的紅外通道定標(biāo)系數(shù)為同步星下點觀測(simultaneously nadir observation， SNO)交叉定標(biāo)訂正后的結(jié)果。

(2)BRDF校正： 本文采用的是CERES厚冰云的BRDF校正模型。 CERES擁有在軌絕對輻射定標(biāo)， 在短波段能夠做到1%的定標(biāo)精度。 采用CERES的云光學(xué)厚度大于50的冰云雙向反射率模型用來將反射率歸一化到某一固定太陽天頂角。 則校正后的反射率Rcor表示為

(1)

式中，sz為太陽天頂角，vz為衛(wèi)星觀測角，rz為相對方位角， BRDF即雙向反射率校正因子。

光譜校正： 圖1給出了GOME-2實際測量的DCC光譜、 SBDART模式模擬的DCC光譜以及FY-2D， FY-2E， FY-2F和MODIS通道1的光譜響應(yīng)函數(shù)。 可以看出FY-2三顆衛(wèi)星的光譜響應(yīng)函數(shù)有差異， 且與作為基準(zhǔn)的MODIS的通道1光譜響應(yīng)函數(shù)也不盡相同。 盡管相較于其他目標(biāo)， DCC的光譜較為平坦， 但細(xì)微的光譜響應(yīng)差異將導(dǎo)致通道輻射的不一致， 需要對光譜差異進(jìn)行校正。 這個校正系數(shù)可以通過一個高光譜儀器觀測數(shù)據(jù)或者輻射模式模擬數(shù)據(jù)， 進(jìn)行兩者通道輻射卷積比值獲取。 選擇一個強(qiáng)臺風(fēng)的臺風(fēng)壁作為DCC目標(biāo)， 獲取了GOME-2高光譜儀器的DCC光譜， 采用該數(shù)據(jù)來卷積FY-2和MODIS通道上輻射。 GOME-2的波長范圍只能覆蓋到800 nm， 并不能覆蓋FY-2D和FY-2E的光譜響應(yīng)范圍， 因此還采用SBDART輻射模式， 模擬了云光學(xué)厚度為200的DCC光譜作為比較和補充。 光譜校正因子(spectral band adjust factor， SBAF)與DCC光譜的絕對輻射值無關(guān)， 只與光譜形狀起伏相關(guān)， 因此為了統(tǒng)一， 將GOME-2的實測DCC光譜與SBDART模式模擬的DCC光譜都分別除以各自的光譜響應(yīng)面積積分， 實現(xiàn)歸一化。 SBAF的計算公式為

(2)

其中SRF為光譜響應(yīng)函數(shù)， ins表示待定標(biāo)儀器，Rspe-DCC表示歸一化的DCC光譜反射率。

DCC反射率計算方法。 經(jīng)過以上的處理， 最終得到的DCC反射率表達(dá)式如式(3)所示

(3)

式中，Rcor-DCC表示經(jīng)過一系列校正后的DCC的反射率，RDCC為經(jīng)過定標(biāo)后得到的FY-2的DCC象元表觀反射率，des為日地距離因子， BRDF即雙向反射率校正因子， SBAF即FY-2衛(wèi)星通道修正到Aqua/MODIS通道1的光譜修正因子。

DCC的反射率采用30 d內(nèi)所有DCC目標(biāo)的平均值。 為了反映出FY-2儀器輻射響應(yīng)的連續(xù)變化特征， 采用了每天連續(xù)滑動平均的方式， 以獲取每天的DCC反射率值。

相關(guān)數(shù)據(jù)和方法中采用的詳細(xì)參數(shù)列于表1中。

表1 數(shù)據(jù)和方法參數(shù)總結(jié)

2 結(jié)果與討論

利用以上的處理方法， 得到如圖2所示的FY-2D， FY-2E和FY-2F的DCC反射率與作為參考基準(zhǔn)的Aqua/MODIS的DCC反射率比較。 并采用線性擬合公式來計算FY-2的輻射響應(yīng)衰減和年衰減率。 各儀器歸一化DCC反射率與線性擬合線差值的標(biāo)準(zhǔn)差作為儀器的穩(wěn)定性指標(biāo)(σ)。 并將FY-2的反射率與MODIS的DCC平均反射率相比， 計算其相對偏差(relative bias, RB)。 其主要公式如下：

總輻射響應(yīng)衰減Dtotal公式表達(dá)為

(4)

其中f為擬合公式，x1為序列的第一天，xend為序列的最后一天。

輻射響應(yīng)年衰減率Dannual公式表達(dá)為

(5)

穩(wěn)定性指標(biāo)σ用來表示各DCC的點與擬合公式之間的偏差程度， 公式表達(dá)為

(6)

式中，xi表示某一天，R(xi)表示這一天的DCC的反射率，f(xi)表示這一天擬合的反射率。

相對偏差， 以MODIS的10年DCC平均反射率作為基準(zhǔn)， 計算FY-2的輻射相對偏差

(7)

為了使不同的反射率能夠統(tǒng)一比較， 將每天數(shù)據(jù)與起始數(shù)據(jù)進(jìn)行了歸一化， 即統(tǒng)一除以第一天擬合的反射率值。

從圖2中并結(jié)合以上公式的計算結(jié)果(列于表2)， 可以得到如下結(jié)論：

(1)Aqua/MODIS的年衰減率約為0.08%， 其穩(wěn)定性指標(biāo)優(yōu)于0.010 7， 最大和最小值與平均值的偏差不超過2%， 與MODIS宣稱的2%的定標(biāo)不確定度吻合。 11年間總的輻射衰減僅僅為0.88%。 證實了其作為參考基準(zhǔn)的穩(wěn)定性， 也從側(cè)面證明了DCC方法是穩(wěn)定且可靠的；

(2)FY-2D， FY-2E和FY-2F都存在不同程度的輻射響應(yīng)衰減， 其年衰減率分別為1.67%， 1.69%和0.81%。 因為FY-2D的在軌時間最長， 相比于2007年， 總衰減約12.51%。 FY-2F的年衰減率在三者中是最小的， 每年僅有0.81%。

(3) FY-2D， FY-2E和FY-2F得到的DCC反射率不一致， 且與基準(zhǔn)儀器MODIS觀測的DCC反射率有較大差異。 若以線性擬合最后一天數(shù)據(jù)與Aqua/MODIS的10年的平均值相比， 其相對偏差分別達(dá)到了39.56%， 27.63%和18.8%。

(4)MODIS和FY-2D， FY-2E和FY-2F各儀器的穩(wěn)定性指標(biāo)σ分別為0.010 7， 0.016 3， 0.021 7和0.014 8。σ指標(biāo)越大表明真實輻射偏離線性擬合的程度越大。 一方面表明線性擬合可能不能較好的客觀反映儀器的衰減程度， 另一方面也說明了儀器在軌的不穩(wěn)定性。 每年的3—4月中旬以及9—10月中旬衛(wèi)星處于地影期， 星上狀態(tài)不穩(wěn)定。 而地影期結(jié)束后， 星上溫度快速上升(4月后)或者快速下降(10月后)[5]。 文獻(xiàn)[3-5]對FY-2紅外定標(biāo)的評估結(jié)果看， 在地影期這一階段， 紅外輻射定標(biāo)的波動性也較大， 精度較差。 而在地影期結(jié)束后， 紅外定標(biāo)系數(shù)呈現(xiàn)緩慢的上升或者下降的周期性變化特征。 從DCC的分析來看， 這種星上狀態(tài)溫度周期性波動對FY-2可見光通道的輻射定標(biāo)響應(yīng)的周期性變化有一定的影響作用。

同步星下點觀測(simultaneously nadir observation，SNO)交叉比對方法被廣泛應(yīng)用于衛(wèi)星儀器之間的互相比對驗證[18]。 選擇FY-2衛(wèi)星星下點附近20°×20°的區(qū)域， 臨近時刻(小于20 min)的MODIS的波段1數(shù)據(jù)作為輻射參考， 進(jìn)行SNO交叉定標(biāo)。 為了避免觀測時間不一致、 定位誤差、 分辨率不同等一系列問題， 在文獻(xiàn)[4]SNO方法的基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn)。 最主要的改進(jìn)是將FY-2數(shù)據(jù)和MODIS數(shù)據(jù)進(jìn)行了2°×2°的投影。 雖然針對可見光通道， 由于目標(biāo)存在方向性， 而且兩個儀器之間存在光譜差異， 這種方法不能作為輻射定標(biāo)的精確方法， 但是可以在一定程度上反映兩種儀器在輻射定標(biāo)上的一致性程度。 這里選擇FY-2和MODIS同時的星下點的觀測盡可能避免了觀測角度差異的問題。

圖2 FY-2D， FY-2E和FY-2F的DCC反射率與作為

Fig.2 The DCC reflectance of FY-2D， FY-2E， FY-2F as well as the reflectance of Aqua/MODIS as the radiation reference

表2 各儀器輻射響應(yīng)的年衰減率、總衰減、 穩(wěn)定性及相對偏差

Table 2 Radiometric respond annual degradation rate, total degradation, stability and relative bias

年衰減率/%總衰減/%穩(wěn)定性指標(biāo)相對偏差/%MODIS0 080 880 0107—FY?2D1 6712 510 0163-39 56FY?2E1 697 920 0217-27 63FY?2F0 811 930 0148-18 80

圖3 FY-2D(a)FY-2E(b)FY-2F(c)采用業(yè)務(wù)定標(biāo)系數(shù)的反射率、 DCC校正后的反射率與

同時， 由于可以獲得觀測時刻的DCC反射率及相應(yīng)的FY-2的DN值以及冷空值， 因此也可以采用2點定標(biāo)方法對FY-2進(jìn)行絕對定標(biāo)， 以校正后反射率作為與業(yè)務(wù)反射率的對比。

圖3分別給出了2013年8月星體溫度較平穩(wěn)期選擇的幾個時次的FY-2D(a)， FY-2E(b)和FY-2F(c)分別采用業(yè)務(wù)定標(biāo)系數(shù)的反射率和經(jīng)過DCC校正后的反射率以及與MODIS反射率的比較圖， 以及它們的散點圖比較。 可以看出， 無論FY-2D， FY-2E還是FY-2F， 它們業(yè)務(wù)定標(biāo)系數(shù)獲得的反射率都大大低于MODIS， 其中FY-2D的偏離程度最大。 而經(jīng)過DCC定標(biāo)校正后， 其與MODIS之間的差距明顯減小， 更加接近1∶1的擬合線。

3 結(jié) 論

深對流云目標(biāo)具有高反射率、 云上低大氣吸收、 高穩(wěn)定性、 光譜平坦等一系列優(yōu)點， 是作為可見光輻射定標(biāo)跟蹤物的理想目標(biāo)。 利用DCC的這一特性， 以具有星上定標(biāo)器、 輻射定標(biāo)不確定度小于2%、 國際公認(rèn)的輻射基準(zhǔn)儀器AQUA/MODIS作為基準(zhǔn)， 通過光譜修正， BRDF修正等處理方法， 以DCC作為輻射定標(biāo)目標(biāo)， 評估了FY-2目前在軌衛(wèi)星可見光通道儀器的輻射響應(yīng)長時間的變化趨勢及其業(yè)務(wù)輻射定標(biāo)精度。 2015年4月， 國家衛(wèi)星氣象中心采用DCC和敦煌輻射校正場地聯(lián)合定標(biāo)結(jié)果， 更新了FY-2系列衛(wèi)星的可見光定標(biāo)系數(shù)。

通過長時間序列資料的處理， 顯示了FY-2衛(wèi)星在軌期間輻射響應(yīng)的變化情況， 發(fā)現(xiàn)FY-2各系列衛(wèi)星在軌期間均有不同程度的響應(yīng)衰減現(xiàn)象。 其中FY-2D和FY-2E的年衰減率比較接近， 分別為1.67%和1.69%。 而FY-2F輻射響應(yīng)的年衰減率明顯小于FY-2D和FY-2E， 為0.81%。 由于在軌時間較長， 相比于2007年， FY-2D在軌期間的響應(yīng)衰減已經(jīng)達(dá)到12.51%。

與作為輻射參考基準(zhǔn)的AQUA/MODIS的通道1相比， FY-2衛(wèi)星的可見光通道輻射與之有著較大差異， 其相對偏差了分別達(dá)到了39.56%， 27.63%和18.8%， 且均低于MODIS反射率。 通過SNO方法的檢驗， 驗證這種差異性的存在。 經(jīng)過DCC方法校正后的FY-2的輻射定標(biāo)精度得到了顯著提升。

衛(wèi)星儀器在軌后， 存在輻射響應(yīng)跳變的可能性。 從FY-3A/MERSI的長期衰變規(guī)律來看[17]， 也是衛(wèi)星在軌前幾年的衰減較為劇烈。 因此這種FY-2系列衛(wèi)星輻射響應(yīng)的差異是否是由這種跳變或者儀器的劇烈衰減引起的， 目前無法有確切的結(jié)論， 需要進(jìn)一步可靠的發(fā)射前試驗數(shù)據(jù)。

除了長時間序列的衰減特性， FY-2在某些月份還會出現(xiàn)輻射響應(yīng)急劇增加或者降低的現(xiàn)象， 這種現(xiàn)象的發(fā)生可能與星上狀態(tài)的季節(jié)變化相關(guān)聯(lián)。 FY-2E的變化波動尤為明顯。 這種儀器響應(yīng)的波動現(xiàn)象能夠被DCC清晰發(fā)現(xiàn)。 它可能與星上狀態(tài)的季節(jié)變化有關(guān)， 其中相關(guān)的機(jī)理也需要進(jìn)一步深入研究。

綜合以上分析表明， DCC方法能夠很好應(yīng)用于FY-2可見光通道的輻射定標(biāo)中， 得到的結(jié)果有助于充分理解FY-2儀器的在軌輻射衰變響應(yīng)規(guī)律， 也可以作為定量應(yīng)用的參考。

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*Corresponding author

Study on Orbit Radiometric Calibration for FY-2 Visible Band based on Deep Convective Cloud

CHEN Lin1, 2, XU Na1, 2, HU Xiu-qing1, 2*, LU Feng1, 2, ZHANG Peng1, 2

1. National Satellite Meteorological Center, China Meteorological Administration, Beijing 100081, China

2. Key Laboratory of Radiometric Calibration and Validation for Environmental Satellites, China Meteorological Administration, Beijing 100081, China

A radiometric calibration method is described in this paper by using the deep convective clouds (Deep Convective Cloud, DCC) target for FY-2 visible channel. The deep convective cloud can be used as the radiometric calibration transfer object. The on-operational FY-2 radiometric calibration bias and the long-term degradation trend are evaluated according to the AQUA/MODIS instrument as the baseline of radiometric reference and DCC. The results show that: (1) There are different degrees of degradation for FY-2D, FY-2E and FY-2F, among which FY-2D has the biggest degradation due to the longest period. The annual rates of degradation for FY-2D and FY-2E are quite similar, 1.67% and 1.69% respectively, whereas the rate for FY-2F is lower with 0.81%; (2) During the period of satellite eclipse, the instruments are not stable and this phenomenon could be detected by the DCC method； (3) There are bias in the the operational radiometric calibration between FY-2 and AQUA/MODIS, which is treated as the the radiometric reference usually. The radiometric calibration method based on DCC could work well in the radiometric calibration for FY-2. The results will help us to understand the degradation of instrument and for quantitative application usage.

Deep convective cloud; Radiometric calibration; FY-2; Visible channel

May 29, 2015; accepted Nov. 18, 2015)

2015-05-29，

2015-11-18

科技部(863)計劃(2015AA123704)和國家自然科學(xué)基金項目(41475031， 41105010， 41471304， 41590874)資助

陳 林， 1981年生， 中國氣象局國家衛(wèi)星氣象中心副研究員 e-mail: chenlin@cma.gov.cn *通訊聯(lián)系人 e-mail: huxq@cma.gov.cn

O657.3

A

10.3964/j.issn.1000-0593(2016)08-2639-07