Жетілдірілген өте жоғары ажыратымдылықтағы радиометр - Advanced very-high-resolution radiometer

Бұл мақалада жалпы тізімі бар сілтемелер, бірақ бұл негізінен тексерілмеген болып қалады, өйткені ол сәйкесінше жетіспейді кірістірілген дәйексөздер. Көмектесіңізші жақсарту осы мақала таныстыру дәлірек дәйексөздер. (Мамыр 2020) (Бұл шаблон хабарламасын қалай және қашан жою керектігін біліп алыңыз)

Ғаламдық бейнесі теңіз бетінің температурасы NOAA / AVHRR спутнигінен алынған

The Жетілдірілген өте жоғары ажыратымдылықтағы радиометр (AVHRR) инструменті - бұл кеңістіктегі датчик, ол қазіргі стандарттар бойынша салыстырмалы түрде кең спектрлі бес диапазонда Жердің шағылысуын өлшейді. AVHRR құралдары Ұлттық Мұхиттық және Атмосфералық Әкімшілік (NOAA) полярлық орбиталық платформалар отбасы (POES ) және еуропалық MetOp жерсеріктер. Аспап бірнеше арнаны сканерлейді; екеуі қызылға бағытталған (0,6 микрометр) және жақынинфрақызыл (0,9 микрометр) аймақтар, үшіншісі - 3,5 микрометр, ал қалған екеуі - планета шығаратын термиялық сәуле, шамамен 11 және 12 микрометр.^[1]

Бірінші AVHRR құралы төрт арналы болды радиометр. 1998 жылы мамырда іске қосылған NOAA-15 әуе кемесінде жасалған AVHRR / 3 соңғы нұсқасы алты арнадан дерек жинайды. AVHRR сәтті өтті Көрінетін инфрақызыл сәулелік радиометрлік жинақ, жүргізілген Бірлескен полярлық спутниктік жүйе ғарыш кемесі.

Пайдалану

NOAA-да кем дегенде екеуі бар полярлық-орбиталық барлық уақытта метеорологиялық спутниктер орбитада, бір спутнигі экваторды таңертең ерте және кешке, ал екіншісі экваторды күндіз және кеште кесіп өтеді. Екі жерсеріктің бортындағы негізгі сенсор - AVHRR құралы. Таңертеңгілік спутниктік мәліметтер көбінесе құрлықты зерттеу үшін, ал екі жерсеріктің мәліметтері атмосфера мен мұхитты зерттеу үшін қолданылады. Олар бірге күніне екі рет ғаламдық қамтуды қамтамасыз етеді және жердің кез-келген аймағына қатысты деректердің алты сағаттан аспауын қамтамасыз етеді. Спутниктің «көре» алатын жер бетіндегі алаңының ені шамамен 2500 километрді құрайды (~ 1 540 миль). Жер серіктері Жер бетінен 833 немесе 870 шақырым (+/− 19 километр, 516–541 миль) аралығында айналады.^[2]

Ағымдағы AVHRR аспаптарынан алуға болатын ең жоғары жер ажыратымдылығы пикселіне 1,1 шақырым (0,68 миль) құрайды. надир.

AVHRR деректері 1981 жылдан бері үздіксіз жиналып келеді.^[2]

Қолданбалар

Бұл құралдардың негізгі мақсаты - бұлттарды бақылау және өлшеу жылу эмиссиясы Жердің Бұл датчиктер бірқатар басқа қосымшалар үшін пайдалы болды, алайда құрлық беткейлерін, мұхит күйін, аэрозольдерді және т.б. қадағалауды қоса, AVHRR деректері зерттеуге өте қажет. климаттық өзгеріс және (20 жылдан астам) жинақталған мәліметтердің салыстырмалы түрде ұзақ жазбалары салдарынан қоршаған ортаның деградациясы. Осы зерттеулермен байланысты негізгі қиындық - бұл құралдардың көптеген шектеулерімен, әсіресе ерте кезеңде (сенсорды калибрлеу, орбиталық дрейф, шектеулі спектрлік және бағыттық сынамалар және т.б.) дұрыс күресу.

AVHRR құралы сонымен бірге ұшады MetOp серіктер сериясы. Жоспарланған үш MetOp жер серігі - басқарылатын EUMETSAT Polar System (EPS) бөлігі EUMETSAT.

Калибрлеу және тексеру

AVHRR сенсорының қашықтықтан зондтау қосымшалары жердегі бақылаулар мен спутниктік бақылауларды тексеру (сәйкестендіру) әдістеріне негізделген. Сонымен қатар, радиациялық тасымалдау есептеулері орындалады. AVHRR модельдеуін бақылауға болатын арнайы кодтар бар жарықтық температурасы және жақын инфрақызыл және инфрақызыл каналдардағы сәулелер.^[3][4]

Көрінетін арналарды іске қосу алдындағы калибрлеу (1 және 2-тараулар)

Іске қосар алдында AVHRR датчиктерінің көрінетін арналарын (Ch. 1 және 2) аспап шығарушы ITT, аэроғарыш / байланыс бөлімі калибрлейді және бақылауға болады NIST стандарттар. Электрондық цифрлық санау реакциясы (C) мен калибрлеу мақсатының альбедосы (A) арасындағы калибрлеу қатынасы сызықтық регрессияға ұшырайды:^[2]

A = S * C + I

мұндағы S және I - калибрлеу регрессиясының көлбеуі және кесіндісі (сәйкесінше) [NOAA KLM]. Алайда жоғары дәлдікте іске қосудың алдын-ала дәлдеуі орбитаға шығару және транзит кезінде, сондай-ақ құралдың пайдалану мерзімі кезінде нашарлайды [Molling et al., 2010]. Халтор және т.б. [2008] сенсорлардың деградациясы негізінен термиялық циклдан, сүзгілердегі газдың көбеюінен, жоғары сәулеленудің зақымдануынан (ультрафиолет (ультрафиолет)) және газсыз газдардың сезімтал беттерге конденсациялануынан болады деп ескеріңіз.

AVHRR аспаптарының бір үлкен ақаулығы - олардың орбитада бір рет дәл, борттық калибрлеуді орындай алмауында [NOAA KLM]. Осылайша, алынғаннан кейінгі орбитадағы калибрлеу жұмыстары (викариялық калибрлеу әдістері деп аталады) алынған сәулелерді және осы мәндерден алынған келесі өнімдерді жаңарту және дәлдігін қамтамасыз ету үшін орындалуы керек [Xiong және басқалар, 2010]. Калибрлеу коэффициенттерін жаңарту және іске қосу алдындағы калибрлеуді қолданумен салыстырғанда дәлірек алуды қамтамасыз ету үшін көптеген зерттеулер жүргізілді.

Орбитада жеке / аз датчиктің абсолютті калибрлеуі

Рао мен Чен

Рао мен Чен [1995] Ливия шөлін NOAA -7, -9 және -11 спутниктерінің бортындағы AVHRR датчиктері үшін 1 және 2 каналдары үшін салыстырмалы жылдық деградация жылдамдығын алу үшін радиометриялық тұрақты калибрлеу мақсаты ретінде пайдаланады. Сонымен қатар, АҚШ-тың Нью-Мексико штатындағы Ақ құмдар шөлді учаскесінің үстіндегі ұшақ далалық науқанымен [Смит және басқаларды қараңыз, 1988], NOAA-9 үшін абсолютті калибрлеу U-2 ұшағы бортындағы жақсы калибрленген спектрометрден ауыстырылды. ~ 18 км биіктікте жоғарыдағы NOAA-9 спутнигімен үйлесімді жолда. Салыстырмалы деградацияға түзетулер енгізілгеннен кейін NOAA-9 абсолютті калибрлеуі NOAA A7 және −11-ге сызықтық қатынас арқылы Ливия шөлінің бақылауларын қолдана отырып, ұқсас көру геометриялары мен сол күнтізбелік айдағы даталармен шектеледі [ Рао мен Чен, 1995] және сенсордың кез-келген деградациясы альбедо мен цифрлық санау сигналы арасындағы көлбеуді (іске қосылғаннан кейінгі күндердің функциясы ретінде) реттеу арқылы түзетіледі [Рао мен Чен, 1999].

Леб

Жер бетіндегі нысандарды қолданатын тағы бір ұқсас әдісте Лоб [1997] Гренландия мен Антарктидадағы кеңістіктік уақыттық біркелкі мұз беттерін күн зениттік бұрышының функциясы ретінде екінші ретті полиномдық шағылыстыруды калибрлеу қисықтарын шығару үшін қолданады; калибрленген NOAA-9 шамалы сәулелер орбитадағы басқа AHVRR (мысалы, NOAA-11, -12 және -14) үшін калибрлеуді шығара алатын қисықтарды құру үшін қолданылады.

Лоеб [1997] және Рао мен Чен [1995] алынған калибрлеу коэффициенттерінің арақатынасы күн зенитінің бұрышына тәуелсіз екендігі анықталды, сондықтан NOAA-9 алынған калибрлеу қисықтары күн зенитінің бұрышы мен дәл байланысын қамтамасыз етеді. Гренландия мен Антарктиданың үстінен шағылысуы байқалды.

Ивабучи

Ивабучи [2003] NOAA-11 және -14 калибрлеу әдісін қолданды, мұнда NW Тынық мұхит аймағында ашық аспан мұхитының және бұлттың стратус шағылыстыру бақылауларын және теориялық молекулалық атмосфераның сәулелену есептеулерін қолданады. 1. Мұхит үстіндегі ашық аспан бақылауларының көмегімен калибрлеу көлбеуіне бастапқы минималды болжам жасалады. Содан кейін Ch үшін оңтайлы көлбеу мәндеріне жету үшін қайталанатын әдіс қолданылады. Мұхит шағылыстыру, су буы, озон және шудың анықталмауын анықтайтын көлбеу түзетулерімен 1. Ч. Содан кейін 2, егер олардың калибрлері дұрыс болса, екі каналдағы қабат бұлтының оптикалық қалыңдығы бірдей болуы керек (көрінетін жерде спектрлік біркелкі) болуы керек деген шартпен калибрленеді [Ивабучи, 2003].

Vermote және Saleous

AVHRR үшін заманауи калибрлеу әдісі VIS / IR арналарының орбитадағы калибрлеу мүмкіндіктерін қолданады MODIS. Vermote and Saleous [2006] инвариантты шөл аймағының BRDF сипаттамасы үшін MODIS қолданатын әдіснаманы ұсынады. Аспаптардың каналдары үшін қолданылатын спектрлік диапазондардағы айырмашылықтарға байланысты, осы айырмашылықтар үшін калибрлеу есебін дәл беру үшін спектрлік аударма теңдеулері алынды. Ақырында, сенсордың деградациясын анықтау және калибрлеуді сәйкесінше реттеу үшін MODIS бақылаудан алынған модельдеу үшін бақыланатын AVHRR қатынасы қолданылады.

Басқалар

Калибрлеуді кеңейту әдістері және жазбаның үздіксіздігі де осыған ұқсас калибрлеу әрекеттерін қолданады [Хайдингер және басқалар, 2010].

Ұзақ мерзімді калибрлеу және жазба сабақтастығы

Осы уақытқа дейін талқылауда жеке адамды калибрлеуге болатын немесе бірнеше AVHRR датчиктерімен шектелетін әдістер ұсынылды. Алайда, климат тұрғысынан маңызды проблемалардың бірі - AVHRR аспаптарының үш буынының, сондай-ақ MODIS және қазіргі заманғы датчиктердің 30+ жылындағы рекордтық сабақтастықтың қажеттілігі. VIIRS. Атаулы AVHRR калибрлеуінде, тіпті жаңартылған калибрлеуде бірнеше артефактілер болуы мүмкін, олар бірнеше спутниктерден жасалған ұзақ мерзімді сәулелену жазбасында үзіліс тудырады [Cao және басқалар, 2008].

Халықаралық спутниктік бұлтты климатология жобасы (ISCCP)

Брест пен Россов [1992] және жаңартылған әдістеме [Брест және басқалар, 1997] жеке датчиктерді калибрлеу мониторингі және барлық датчиктерді бірыңғай стандартқа келтіру үшін сенімді әдісті ұсынды. The Халықаралық спутниктік бұлтты климатология жобасы (ISCCP) әдіс бұлттарды анықтаудан және озонның түзетілуінен, Рэлейдің шашырауынан және сәулеленудің маусымдық ауытқуларынан беттік шағылысулар шығарудан басталады. Содан кейін ай сайынғы беттің шағылысу гистограммасы әр түрлі беттік типтер үшін жасалады, содан кейін әртүрлі гистограмма шектері бастапқы сенсорлық бақылауларға сүзгі ретінде қолданылады және ақыр соңында бұлтсыз беттің жаһандық шағылыстыруы үшін біріктіріледі.

Сүзіп болғаннан кейін, жаһандық карталар ай сайынғы орташа БЕТ, екі аптаның екі беті және орташа БАРЛЫҚ шағылысу карталары болып бөлінеді. Ай сайынғы орташа SURFACE шағылысу карталары калибрлеудің ұзақ мерзімді үрдістерін анықтау үшін қолданылады. Екі аптада бір рет орындалатын SURFACE карталары бір-бірімен салыстырылады және калибрлеудің қысқа мерзімді өзгерістерін анықтау үшін қолданылады.

Соңында, БАРЛЫҚ карталар өңдеу әдістемесіндегі қателіктерді анықтау және бағалау үшін қолданылады. Мақсатты гистограммалар да зерттеледі, өйткені рефлекторлар мен популяциялардың өзгеруі калибрлеудің өзгеруінің нәтижесі болуы мүмкін.

Ұзақ мерзімді жазбалар сабақтастығы

Ұзақ мерзімді жазбаның үздіксіздігі екі сенсор арасындағы қалыпқа келтіру арқылы жүзеге асырылады. Біріншіден, жұмыс уақытының екі датчиктің қабаттасуынан бақылаулар өңделеді. Содан кейін, екі жаһандық SURFACE картасы шашыраңқы сызба арқылы салыстырылады. Сонымен қатар, бақылаулар орбиталық дрейфтің әсерінен күннің зениттік бұрышының өзгеруіне байланысты түзетіледі. Сайып келгенде, калибрлеудегі жалпы ұзақ мерзімді дрейфті анықтауға арналған сызық сәйкес келеді, ал датчик дрейфке түзетілгеннен кейін, сол операциялық кезеңде болатын бақылаулар бойынша қалыпқа келтіріледі [Брест және басқалар, 1997].

Орташа ажыратымдылықты бейнелеу спектрадиометрін қолдану арқылы калибрлеу

AHVRR жазбасын абсолютті калибрлеудің тағы бір әдісі заманауи пайдалануда MODIS NASA-ның TERRA және AQUA жер серіктеріндегі сенсор. MODIS құралы калибрлеудің жоғары дәлдігіне ие және VIS / NIR спектрлік аймағы үшін борттық калибрлеу жүйесін енгізуге байланысты өзіндік радиометриялық өзгерістерді бақылай алады [MCST]. Төмендегі әдіс MODIS / AVHRR және AVHRR / AVHRR спутниктік жұптарының, сондай-ақ Ливия шөлінің нысаны мен Антарктидадағы күмбез-С модификацияланған беттік шағылыстары арқылы бір мезгілде болатын надралық эстакадалар (SNO) арқылы AVHRR-ді абсолютті калибрлеу үшін MODIS жоғары дәлдігін қолданады. [Хайдингер және басқалар, 2010]. Сайып келгенде, қол жетімді әрбір жеке калибрлеу оқиғасы (MODIS / AVHRR SNO, Dome C, Ливия шөлі немесе AVHRR / AVHRR SNO) берілген AVHRR датчигі үшін көлбеу уақытының калибрлеуін қамтамасыз ету үшін қолданылады. Хайдингер және басқалар. [2010] уақыт қатарын анықтау үшін ең кіші квадраттардан екінші ретті полиномды қолданыңыз.

Бірінші қадам а радиациялық трансфер моделі бұл бақыланатын MODIS көріністерін керемет калибрленген AVHRR көретін көріністерге айналдырады. MODIS / AVHRR SNO көріністері үшін Ch1 және Ch2-де де AVHRR мен MODIS сәулелерінің қатынасы 17 және 18 каналдардағы MODIS шағылысқан радиосының екінші ретті полиномымен жақсы модельденетіндігі анықталды. Атмосфералық су буына сезімтал спектрлік аймақта (0,94мм), оның мөлшері AVHRR Ch дәл калибрлеуіне әсер етеді. 2. Ch17 - Ch 18 қатынасын пайдаланып, MODIS-тен AVHRR SNO калибрлеу дәлдігін одан әрі арттыру үшін тұнба болатын жалпы су (TPW) туралы дәл болжам алынады. Ливия шөлі мен күмбез-С калибрлеу орны MODIS / AVHRR SNO болмаған кезде қолданылады. Мұнда шағылыстырулардың AVHRR мен MODIS қатынасы NCEP реанализінен TWP табиғи логарифмін қолдана отырып үшінші ретті полином ретінде модельденеді. Осы екі әдісті қолдана отырып, ай сайынғы калибрлеу көлбеулері AVHRR санауларына қарсы түзетілген MODIS шағылыстыруларының шығу жолымен мәжбүрлі сызықпен жасалады.

MODIS дәуіріне дейін (2000 ж. Дейін) AVISR үшін MODIS сілтемесін кеңейту үшін Хайдингер және басқалар. [2010] Антарктида мен Ливия шөліндегі күмбез С-ның тұрақты Жер мақсаттарын қолданыңыз. MODIS нысаны бойынша орташа шағылысулар анықталып, күн зенитінің бұрышына қарсы кескінделеді. Берілген күн зениттік бұрышындағы AVHRR бақылауларының саны және оған сәйкес MODIS шағылыстыруы, TWP үшін түзетілген, содан кейін MODIS калибрлеуі болған кезде қандай AVHRR мәні ұсынылатынын анықтау үшін қолданылады. Енді калибрлеу көлбеуі есептеледі.

Тікелей AVHRR / AVHRR SNO пайдаланып калибрлеу

Хайдингер және басқалар қолданған соңғы бір әдіс. [2010] MODIS калибрлеуін MODIS дәуірінен тыс жұмыс істеген AVHRR-ге дейін ұзарту үшін тікелей AVHRR / AVHRR SNO-лары қолданылады. Мұнда AVHRR санақтары кескінделіп, шығу тегі арқылы мәжбүрлі регрессия есептеледі. Бұл регрессия бір AVHRR шағылысуын дәл калибрлеуді калибрленбеген AVHRR графасына ауыстыру және сәйкес калибрлеу көлбеуін шығару үшін қолданылады. Бұл AVHRR / AVHRR SNO-лары абсолютті калибрлеу нүктесін өздері қамтамасыз ете алмайды; керісінше олар MODIS калибрлеуін беру үшін пайдаланылуы мүмкін AVHRR арасындағы салыстырмалы калибрлеу үшін якорь ретінде қызмет етеді.

Жаңа буын жүйесі

Операциялық тәжірибе MODIS^[5] NASA Terra және Aqua бортындағы сенсор AVHRR-дің дамуына әкелді, VIIRS.^[6] VIIRS қазіргі уақытта бортта жұмыс істейді Суоми АЭС және NOAA-20 жерсеріктер.^[7]

Іске қосу және қызмет көрсету мерзімі

Әдебиеттер тізімі

Сыртқы сілтемелер

• AVHRR дегеніміз не? кезінде Ұлттық атлас
• Жетілдірілген өте жоғары ажыратымдылықтағы радиометр кезінде NOAA
• Жетілдірілген өте жоғары ажыратымдылықтағы радиометр кезінде USGS
• [1] кезінде НАСА
• [2] кезінде НАСА

Әдебиет

• Фрей, С .; Куенцер, С .; Dech, S. (2012). «DLR операциялық NOAA AVHRR LST өнімі мен V005 MODIS LST өнімін сандық салыстыру». Халықаралық қашықтықтан зондтау журналы. 33 (22): 7165–7183. Бибкод:2012 IJRS ... 33.7165F. дои:10.1080/01431161.2012.699693. S2CID  128981116.

• Брест, Калифорния және В.Б. Россов. 1992. ISCCP үшін NOAA AVHRR деректерін радиометриялық калибрлеу және бақылау. Халықаралық қашықтықтан зондтау журналы. Том. 13. 235-273 бб.

• Брест, Калифорния т.б. 1997. ISCCP үшін радиациялық калибрлеуді жаңарту. Атмосфералық және мұхиттық технологиялар журналы. 14-том. 1091–1109 бб.

• Cao, C. және басқалар. 2008. Ауа-райының негізгі жазбаларын жасау үшін AVHRR және MODIS L1B шағылыстырудың дәйектілігін бағалау. Геофизикалық зерттеулер журналы. Том. 113. D09114. doi: 10.1029 / 2007JD009363.

• Halthore, R. және басқалар. 2008. Спутниктік датчикті калибрлеудегі аэрозольді сіңірудің рөлі. IEEE геология және қашықтықтан зондтау хаттары. Том. 5. 157–161 беттер.

• Хайдингер, А.К және т.б. 2002. Өте жоғары ажыратымдылықтағы радиометрдің шағылысу арналарын калибрлеу үшін орташа ажыратымдылықты бейнелеу спектрометрін (MODIS) пайдалану. Геофизикалық зерттеулер журналы. Том. 107. doi: 10.1029 / 2001JD002035.

• Хайдингер, А.К. т.б. 2010. AVHRR күн сәулесінің шағылысуы туралы жазба үшін сенсораралық дәйекті калибрлеуді шығару. Халықаралық қашықтықтан зондтау журналы. Том. 31. 6493–6517 бб.

• Iwabuchi, H. 2003. NOAA-11 және NOAA-14 AVHRR көрінетін және инфрақызылға жақын каналдарын молекулалық атмосфера мен қабат бұлтының шағылыстарын қолдану арқылы калибрлеу. Халықаралық қашықтықтан зондтау журналы. Том. 24. 5367-5378 беттер.

• Леб, Н.Г. 1997. NOAA AVHRR-нің көрінетін және IR-ге жақын жолақтарын Гренландия мен Антарктиданың үстінде калибрлеу. Халықаралық қашықтықтан зондтау журналы. Том. 18. 477–490 беттер.

• MCST. MODIS 1В деңгейлі алгоритмі теориялық негіздегі құжат, 3-нұсқа. Годдардтың ғарышқа ұшу орталығы. Гринбелт, медицина ғылымдарының докторы. Желтоқсан 2005.

• Моллинг, C.C. т.б. 2010. AVHRR 1 және 2 арналарына арналған калибрлеу: шолу және консенсусқа жету жолы. Халықаралық қашықтықтан зондтау журналы. Том. 31. 6519–6540 беттер.

• NOAA-N, -N ’қосымшасы бар NOAA KLM пайдаланушы нұсқаулығы. NOAA NESDIS NCDC. Ашевилл, NC. Ақпан 2009.

• Рао, Крин және Дж.Чен. 1995. NOAA-7, −9 және −11 ғарыш аппараттарында дамыған өте жоғары ажыратымдылықтағы радиометрдің көрінетін және инфрақызылға жақын каналдары үшін жерсеріктік калибрлеу байланыстары. Халықаралық қашықтықтан зондтау журналы. Том. 16. 1931–1942 бб.

• Рао, Крин және Дж.Чен. 1999. NOAA-14 ғарыш кемесіндегі жетілдірілген өте жоғары ажыратымдылықтағы радиометрдің көрінетін және инфрақызыл арналарын ұшырудан кейінгі қайта қарау. Халықаралық қашықтықтан зондтау журналы. Том. 20. 3485–3491 беттер.

• Смит, Г.Р. т.б. 1988. NOAA-9 AVHRR күн каналдарын жоғары биіктікте ұшуды өлшеу арқылы калибрлеу. Атмосфералық және мұхиттық технологиялар журналы. Том. 5. 631-69 бб.

• Vermote, E.F. және N.Z. Тұзды. 2006. NOISA16 AVHRR-ді калибрлеу MODIS деректерін қолданып шөлейт аймақ үстінде. Қоршаған ортаны қашықтықтан зондтау. Том. 105. 214–220 бб.

• Xiong, X. және басқалар. 2010. Орбитадағы калибрлеу және Aqua MODIS шағылыстыратын күн жолақтарының өнімділігі. IEEE геология және қашықтықтан зондтау бойынша транзакциялар. 48-том. 535–546 бб.