【摘 要】以MODIS二級(jí)產(chǎn)品為數(shù)據(jù)源，以青島近岸海域?yàn)槭痉秴^(qū)，應(yīng)用Beam軟件處理近海SST衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)，并利用2006—2007年青島近岸海域4個(gè)奧運(yùn)浮標(biāo)觀測(cè)站點(diǎn)的實(shí)測(cè)SST對(duì)MODIS反演結(jié)果進(jìn)行精度檢驗(yàn)與分析，結(jié)果表明利用MODIS遙感反演近海SST能夠滿足海洋應(yīng)用的精度要求。

關(guān)鍵詞：遙感 SST MODIS

一、選題意義

衛(wèi)星遙感技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)大范圍海域迅速而且?guī)缀跬降挠^測(cè)，能準(zhǔn)確獲取海洋溫度場(chǎng)空間結(jié)構(gòu)的位置信息，且數(shù)據(jù)更新快、成本低。目前，衛(wèi)星遙感已廣泛應(yīng)用于獲取海表面溫度資料及其他海洋環(huán)境要素和現(xiàn)象的監(jiān)測(cè)之中。McClain等人采用多通道（MCSST）AVHRR反演算法對(duì)海表溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，使海溫反演精度有較大提高達(dá)0.7°[1]。本文以MODIS二級(jí)產(chǎn)品為數(shù)據(jù)源，以青島近岸海域?yàn)槭痉秴^(qū)，應(yīng)用Beam軟件進(jìn)行近海SST衛(wèi)星遙感反演，并利用2006—2007年青島近岸海域4個(gè)奧運(yùn)浮標(biāo)觀測(cè)站點(diǎn)的實(shí)測(cè)SST對(duì)MODIS反演結(jié)果進(jìn)行精度檢驗(yàn)與分析。

二、研究?jī)?nèi)容和研究區(qū)域

由于MODIS具有更高的信噪比和更窄的波段寬度、適中的時(shí)間分辨率、空間分辨率和探測(cè)通道數(shù)目，它的中紅外和熱紅外兩組波段為紅外SST觀測(cè)提供很好的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，本研究以MODIS二級(jí)遙感產(chǎn)品為主要信息源，采用Beam軟件對(duì)二級(jí)遙感產(chǎn)品進(jìn)行SST數(shù)據(jù)提取。

現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)SST數(shù)據(jù)是2006年6月—2007年8月由國家海洋局北海分局在黃海青島海域附近布放的四個(gè)奧運(yùn)浮標(biāo)所采集，其中浮標(biāo)A站位位于東經(jīng)120.4077度，北緯36.0354度，浮標(biāo)B站位位于東經(jīng)120.4468度，北緯36.0309度，浮標(biāo)C站位位于東經(jīng)120.4913度，北緯36.0409度，浮標(biāo)D站位位于東經(jīng)120.5242度，北緯36.0378度。本研究共126個(gè)實(shí)測(cè)SST數(shù)據(jù)樣本。

由于熱紅外波段反演SST難以量化大氣中水汽含量對(duì)熱紅外輻射傳輸吸收而造成的削弱影響，大氣削弱訂正存在著較大的困難。

三、研究思路

為了對(duì)黃海海域MODIS遙感反演SST數(shù)據(jù)精度進(jìn)行檢驗(yàn)，核心是建立高質(zhì)量的現(xiàn)場(chǎng)-遙感時(shí)空匹配數(shù)據(jù)集，需要從反演得到的SST分布圖上選取與地面觀測(cè)站點(diǎn)相同地理位置的匹配點(diǎn)，匹配點(diǎn)選取的原則：第一是考慮到遙感影像上單個(gè)像素點(diǎn)的數(shù)據(jù)不具有代表性，取其周邊3x3或5x5個(gè)像素點(diǎn)的平均值作為該匹配點(diǎn)的SST值，如果9個(gè)或25個(gè)像素中有無法反演的像素點(diǎn)，則先對(duì)其進(jìn)行剔除然后再求平均；第二是根據(jù)衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)計(jì)算出衛(wèi)星過境時(shí)間，找出與過境時(shí)間最接近時(shí)間的MODIS資料時(shí)，考慮到青島黃海海域有云的天氣比較多，同時(shí)考慮到SST是一個(gè)緩慢的變化量，因此如果當(dāng)天無相應(yīng)匹配的遙感數(shù)據(jù)，則時(shí)間跨度取24小時(shí)內(nèi)相近時(shí)段的遙感數(shù)據(jù)。

基于現(xiàn)場(chǎng)同步測(cè)量數(shù)據(jù)的遙感產(chǎn)品精度評(píng)估，是遙感界普遍采用的衛(wèi)星遙感產(chǎn)品精度檢驗(yàn)方法，其檢驗(yàn)結(jié)果客觀、可比性強(qiáng)。

（一）數(shù)據(jù)分析與最優(yōu)空間匹配方式選取

根據(jù)所計(jì)算出的衛(wèi)星過境時(shí)間，利用beam軟件，取浮標(biāo)處與衛(wèi)星過境時(shí)間最鄰近時(shí)刻的SST，得到觀測(cè)的126個(gè)樣本，進(jìn)而算出3*3像元箱的SST平均值和平均標(biāo)準(zhǔn)差為13.46℃和0.21℃，5*5像元箱的SST平均值和平均標(biāo)準(zhǔn)差為12.81℃和0.37℃。

近岸海域觀測(cè)站點(diǎn)現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)的126個(gè)樣本SST與MODIS反演SST的相關(guān)系數(shù)為分別為0.995和0.987，遙感反演SST值有高于現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)SST值，也有低于現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)SST值。從測(cè)量誤差的統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果來看，3*3像元箱得到值的平均絕對(duì)誤差值（RMS）為0.42℃，最大絕對(duì)誤差為1.19℃，其平均相對(duì)誤差值（APD）為4.6%，絕對(duì)誤差在0.5℃以內(nèi)的樣本分別占總樣本的68.3%，在0.5℃以上的占31.7%；5*5像元箱得到值的平均絕對(duì)誤差值（RMS）為0.45℃，最大絕對(duì)誤差為1.16℃，其平均相對(duì)誤差值（APD）為5.4%，絕對(duì)誤差在0.5℃以內(nèi)的樣本分別占總樣本的61.3%，在0.5℃以上的占38.7%。

很明顯，3*3像元箱反演精度更高，確定3*3像元箱為最優(yōu)空間匹配方式。

（二）提取衛(wèi)星SST產(chǎn)品對(duì)比檢驗(yàn)

以衛(wèi)星過境時(shí)間為中心，選取±1小時(shí)的實(shí)測(cè)SST數(shù)據(jù)，得出衛(wèi)星過境±1小時(shí)的SST與衛(wèi)星反演SST的關(guān)系。選取±3小時(shí)的實(shí)測(cè)SST。通過用圖和數(shù)據(jù)來得出±3小時(shí)的實(shí)測(cè)SST與衛(wèi)星反演的SST的關(guān)系。

可以看出，±1小時(shí)和±3小時(shí)的實(shí)測(cè)SST與衛(wèi)星反演SST大體的變化趨勢(shì)是一樣的，但是也有部分點(diǎn)相差比較大。

四、結(jié)論

本文利用2006—2007年青島近岸海域4個(gè)浮標(biāo)觀測(cè)站點(diǎn)的實(shí)測(cè)SST對(duì)MODIS衛(wèi)星遙感反演SST結(jié)果進(jìn)行精度檢驗(yàn)與分析，取得了較好的結(jié)果，得到如下結(jié)論：（一）對(duì)不同時(shí)間序列實(shí)測(cè)SST數(shù)據(jù)與衛(wèi)星反演SST數(shù)據(jù)對(duì)比分析可知，同步SST與衛(wèi)星反演SST最接近。而時(shí)間對(duì)衛(wèi)星反演SST數(shù)據(jù)影響也不是很大，所以對(duì)青島近海海域來說，±1小時(shí)和±3小時(shí)所測(cè)得的數(shù)據(jù)都可以采用。（二）對(duì)不同空間匹配方式的SST遙感反演結(jié)果分析可知，利用3*3像元箱統(tǒng)計(jì)得到的遙感反演SST數(shù)據(jù)要比5*5像元箱中得到的遙感反演SST效果好。但是空間區(qū)域?qū)b感反演SST數(shù)據(jù)影響不是很大，所以在青島近海海域，3*3空間和5*5空間都適用。雖然有個(gè)別像元的反演誤差較大，但總體精度可滿足一般海洋應(yīng)用的精度要求。

參考文獻(xiàn)：

[1]McClain E. P， W. G. Pichel and C. C. Walton （1985）. Comparative performance of AVHRR-based multichannel sea surface temperatures. J. Geophys. Res，90，11587-11601.

[2]毛志華，潘德爐，潘玉球.利用衛(wèi)星遙感SST估算海表流場(chǎng)[J].海洋通報(bào)，1996，l5（1）：84-90.

基金項(xiàng)目：

本文系河北聯(lián)合大學(xué)科學(xué)研究基金資助（z201208）