亚洲免费av电影一区二区三区,日韩爱爱视频,51精品视频一区二区三区,91视频爱爱,日韩欧美在线播放视频,中文字幕少妇AV,亚洲电影中文字幕,久久久久亚洲av成人网址,久久综合视频网站,国产在线不卡免费播放

        ?

        星載痕量氣體差分吸收光譜儀1級數(shù)據(jù)質(zhì)量評價(jià)

        2021-12-08 09:43:12程良曉陶金花周海金王雅鵬王志寶陳良富
        光譜學(xué)與光譜分析 2021年12期
        關(guān)鍵詞:輻照度定標(biāo)亮度

        程良曉,陶金花,周海金,余 超,范 萌,王雅鵬,王志寶,陳良富

        1. 中國科學(xué)院空天信息創(chuàng)新研究院/北京師范大學(xué),遙感科學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 100101 2. 中國科學(xué)院大學(xué),北京 100049 3. 中國科學(xué)院安徽光學(xué)精密機(jī)械研究所,環(huán)境光學(xué)與技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,安徽 合肥 230031 4. 國家衛(wèi)星氣象中心,北京 100081 5. 東北石油大學(xué)計(jì)算機(jī)與信息技術(shù)學(xué)院,黑龍江 大慶 163318

        引 言

        2018年5月9日2時28分,中國高分辨率對地觀測重大專項(xiàng)中唯一一顆實(shí)現(xiàn)高光譜分辨率的對地觀測衛(wèi)星“高分五號”(GF-5)在太原衛(wèi)星發(fā)射中心成功發(fā)射。在高分五號衛(wèi)星所搭載的所有載荷中,痕量氣體差分吸收光譜儀(EMI)是中國第一臺用于NO2等污染氣體全球探測的高光譜載荷[1-2],與全球臭氧監(jiān)測儀(global ozone monitoring experiment 2, GOME2 instrument)[3]、臭氧監(jiān)測儀(ozone monitoring instrument, OMI)[4]和對流層監(jiān)測儀(TROPOspheric monitoring instrument, TROPOMI)[5]類似,可以為全球NO2等痕量氣體的衛(wèi)星監(jiān)測技術(shù)提供新的發(fā)展機(jī)會和更大的發(fā)展空間。

        已有研究結(jié)果表明,對于上述覆蓋紫外-可見光波段的高光譜載荷而言,探元狹縫函數(shù)隨在軌運(yùn)行時間的變化、儀器退化引起的信噪比變化等硬件問題都會影響1級產(chǎn)品的結(jié)果,進(jìn)而影響2級產(chǎn)品的反演精度[6]。此外,1級產(chǎn)品的輻射定標(biāo)精度、光譜定標(biāo)精度等數(shù)據(jù)質(zhì)量問題又會給2級產(chǎn)品的反演引入較大的不確定性[7-9]。差分光學(xué)吸收光譜(differential optical absorption spectroscopy, DOAS)反演算法,對波長校正精度非常敏感,即使很小的波長漂移(~0.002 nm)也會給NO2的SCD擬合引入較大的不確定性[10-11]。因此,在2級產(chǎn)品生產(chǎn)時依然要在特定的波長窗口內(nèi)執(zhí)行波長精校正[12-15]。為了更好地了解EMI載荷1級數(shù)據(jù)的現(xiàn)狀,本研究對其1級數(shù)據(jù)進(jìn)行評估。

        1 實(shí)驗(yàn)部分

        1.1 EMI數(shù)據(jù)

        EMI是星下點(diǎn)推掃光譜儀,具有兩個紫外波段(UV1, UV2)和兩個可見光波段(VIS1, VIS2)。每個波段都是一個二維面陣CCD,以VIS1波段為例(圖1),空間維和光譜維分別具有111(合并后)和1 286個探元,每個探元都是屬性相同但又相互獨(dú)立的電子元件。其中,空間維的每個像元分別對應(yīng)不同的“行”; 位于中間位置的行對應(yīng)于星下點(diǎn)觀測,位于兩端的行分別對應(yīng)于57°的觀測角。光譜維的像元分別對應(yīng)不同的波長。

        圖1 EMI VIS1波段觀測示意圖Fig.1 Sketch map of EMI VIS1 band observation

        1.2 光譜定標(biāo)方法

        輻照度數(shù)據(jù)的光譜定標(biāo)是通過與高分辨率太陽光譜擬合來實(shí)現(xiàn)的。一般將整個定標(biāo)區(qū)間劃分為若干個子窗口,根據(jù)式(1)對每個子窗口進(jìn)行擬合來得到定標(biāo)后的波長(λ)

        (1)

        I0(λ)=La?IS(λ-α-β(λ-λc))

        (2)

        式(2)中,La是狹縫函數(shù)的線型,一般用半峰全寬(FWHM)表征,?是卷積符號。

        為了評價(jià)EMI數(shù)據(jù),對OMI和TROPOMI數(shù)據(jù)也進(jìn)行了分析。從312~356 nm的紫外波段范圍內(nèi)選擇三個子窗口,分別對應(yīng)SO2,O3和HCHO的常用反演窗口,將NO2常用的反演窗口(405~465 nm)對應(yīng)的可見光波段范圍劃分為3個子窗口。子窗口的劃分在表1中列出。

        表1 三種傳感器不同波段的定標(biāo)子窗口設(shè)置Table 1 Sub-window settings for irradiance wavelength calibration

        輻亮度數(shù)據(jù)的光譜定標(biāo)方法是將波長漂移量作為參數(shù)在DOAS算法中進(jìn)行考慮,即

        (3)

        式(1)中,I是實(shí)測輻亮度數(shù)據(jù),Δ(λ)是輻亮度的波長漂移量,I0(λ)是經(jīng)過光譜定標(biāo)的實(shí)測輻照度,Sj是吸收成分j的斜柱濃度,cj是對應(yīng)的吸收截面,P(λ)表示低階多項(xiàng)式。

        2 結(jié)果與討論

        2.1 狹縫函數(shù)

        圖2分別展示了三個載荷輻照度數(shù)據(jù)在紫外(312~356nm)和可見光(405~465 nm)波段的狹縫函數(shù)隨行的變化。從圖2可以看出,相比于OMI和TROPOMI,EMI狹縫函數(shù)隨行變化劇烈,表現(xiàn)出“w”型特征。EMI UV2波段的狹縫函數(shù)在不同行由0.34變化至0.55,變化幅度是OMI和TROPOMI的7倍,標(biāo)準(zhǔn)差分別是OMI和TROPOMI的8倍和6倍。EMI VIS1波段的狹縫函數(shù)隨行的變化也同樣劇烈,在不同行由0.31變化至0.55,變化幅度分別是OMI和TROPOMI的8倍和12倍。

        圖2 2018年6月12日EMI,OMI和TROPOMI輻照度數(shù)據(jù)在紫外和可見光波段內(nèi)三個子間隔的狹縫函數(shù)在跨軌道方向的變化Fig.2 Slit function of different sub-windows in UV and VIS bands as a function of row

        導(dǎo)致EMI狹縫函數(shù)劇烈變化的原因,首先可能是光柵設(shè)計(jì)不完善導(dǎo)致的,其次可能是發(fā)射過程中劇烈的振動和溫度變化引起的[17]。EMI狹縫函數(shù)隨行變化劇烈,在反演時使用固定的狹縫函數(shù)將引入大的不確定性; 不同行采用不同的狹縫函數(shù)能夠使RMS平均降低19.8%,提高光譜定標(biāo)精度。

        2.2 光譜定標(biāo)精度

        圖3分別展示了三個載荷在不同波段三個子窗口內(nèi)的波長漂移。盡管OMI和TROPOMI的波長漂移都是正值,且隨行沒有明顯的變化特征; 但是OMI的波長漂移量明顯大于EMI和TROPOMI。EMI UV2波段的波長漂移較OMI和TROPOMI較低,最大漂移量分別為OMI和TROPOMI的38%和61%,但是隨行的變化較大,其變化標(biāo)準(zhǔn)差分別為OMI和TROPOMI的5.5和5.6倍。EMI VIS1波段的波長漂移特征與UV2波段有明顯的差異。最大波長漂移量僅為OMI和TROPOMI的32%和46%,但是,其隨行的變化較大,標(biāo)準(zhǔn)差為OMI和TROPOMI的2倍和8倍。如果不考慮波長漂移,光譜定標(biāo)的RMS在不同行平均增加17.2%。可以推斷出,如果不能對輻照度數(shù)據(jù)的波長漂移進(jìn)行很好的校正,痕量氣體的反演結(jié)果很有可能出現(xiàn)較為明顯的“條帶”現(xiàn)象。

        圖3 2018年6月12日EMI,OMI和TROPOMI輻照度數(shù)據(jù)在紫外和可見光波段內(nèi)的3個子間隔的波長漂移在跨軌道方向的變化Fig.3 Irradiance wavelength shift of different sub-windows in the spectral range of 312~356 nm as a function of row

        圖4展示了2018年8月4日EMI在UV2和VIS1波段連續(xù)12軌輻亮度數(shù)據(jù)的波長漂移。從圖4可以看出,存在明顯的行依賴性。此外,UV2波段最后一行(191)的波長漂移最大,明顯超出了0.05nm的設(shè)計(jì)指標(biāo)。EMI輻亮度數(shù)據(jù)的波長漂移基本符合設(shè)計(jì)指標(biāo)的要求,盡管后者的均值和標(biāo)準(zhǔn)差比前者要高一些。但是目前的波長漂移量遠(yuǎn)大于痕量氣體反演的要求(0.002 nm[10]),因此在進(jìn)行痕量氣體反演之前,還需要對輻亮度數(shù)據(jù)進(jìn)行光譜精校正。

        圖4 2018年8月4日EMI UV2和VIS1波段連續(xù)12軌輻亮度數(shù)據(jù)的波長漂移Fig.4 Radiance wavelength shift of 12 consecutive orbits measured by UV2 and VIS1 band on 4 August, 2018

        2.3 輻射定標(biāo)精度

        圖5展示了三個載荷星下點(diǎn)觀測的輻照度光譜??梢钥闯觯珽MI與OMI和TROPOMI的變化趨勢高度一致。EMI實(shí)測輻照度與參考太陽光譜之間的相關(guān)系數(shù)分別大于0.98和0.95。此外,實(shí)測輻照度與參考太陽光譜的平均絕對差異在UV2和VIS1波段分別為4.3%和3.67%,均在設(shè)計(jì)規(guī)范范圍內(nèi)。較高的相關(guān)性和較小的絕對差異說明EMI測量的輻照光譜可以很好地捕捉太陽光譜的細(xì)節(jié)。

        圖5 2018年6月12日EMI,OMI和TROPOMI輻照度數(shù)據(jù)Fig.5 The irradiance spectra measured by EMI, OMI and TROPOMI on 12 July, 2018.The black line is a reference solar irradiance from and convolved with the EMI FWHM

        圖6展示了三個載荷在太平洋區(qū)域無云觀測的輻亮度均值,三者輻亮度處于同一數(shù)量級。在UV2和VIS1波段EMI與其他載荷的相關(guān)系數(shù)分別大于0.98和0.92,EMI實(shí)測輻亮度的光譜能夠準(zhǔn)確地捕捉光譜的峰谷變化特征。EMI UV2波段與OMI(TROPOMI)的平均相對差異為6.68%(13.17%),VIS1波段的平均相對差異為8.83%(3.31%)。

        圖6 2018年8月4日星下點(diǎn)像元在太平洋區(qū)域無云觀測的輻亮度均值Fig.6 Mean radiance of nadir pixelin the clean Pacific region measured on 4 August, 2018

        2.4 行依賴性

        圖7為三個載荷輻照度相對于星下點(diǎn)位置的比值分布圖,可以看出三者輻照度的行依賴性較小。定量分析表明,紫外波段,EMI,OMI和TROPOMI不同波長處的比值隨行的平均變化分別為11.5%,13.7%和13.24%。它們在可見光波段的行依賴性要比紫外波段更小,分別為4%,9%和5.2%。

        圖7 2018年6月12日的觀測輻照度相對于星下點(diǎn)位置的觀測角依賴性Fig.7 Irradiance row dependence relative to nadir measured on 12 July, 2018

        觀測輻亮度和模擬輻亮度在不同觀測角下的差異在圖8(a)和(c)中展示,模擬結(jié)果高于觀測結(jié)果,這是因?yàn)閷?shí)際觀測中不可避免受其他因素的影響(比如: 痕量氣體吸收)。將每行觀測光譜與模擬光譜取比值(M/S)再歸一到星下點(diǎn),可以得到輻亮度的行依賴性[圖8(b)和(d)]。在340 nm處,M/S在不同觀測角下的變化范圍是0.51~2.56,行依賴性不超過16%。在437.5 nm處,M/S在不同觀測角下的變化范圍是0.56~1.24,行依賴性不超過9%。

        圖8 EMI在340 nm和437.5 nm處對greenland島觀測的歸一化輻亮度隨觀測角的變化Fig.8 (a), (c) The normalized measured radiance and the corresponding simulated radiance as a function of row;(b), (d) The ratio of the measured radiance and the simulated radiance and the radiance row dependency

        3 結(jié) 論

        對EMI UV2和VIS1波段的輻照度和輻亮度數(shù)據(jù)進(jìn)行了綜合評估。研究發(fā)現(xiàn): (1)EMI狹縫函數(shù)隨行劇烈變化,其變化標(biāo)準(zhǔn)差(UV2=0.047,VIS1=0.054)是OMI和TROPOMI的6倍以上,這意味著在進(jìn)行痕量氣體反演的時候需要對不同行采用不同的狹縫函數(shù)。(2)EMI輻照度數(shù)據(jù)的波長漂移同樣表現(xiàn)出明顯的觀測角依賴性,但是平均漂移量很小(<0.015 nm),嚴(yán)格符合設(shè)計(jì)指標(biāo)的要求。除了個別的行(UV2的191行)之外,EMI輻亮度的波長漂移均值小于0.03 nm,光譜定標(biāo)精度也符合設(shè)計(jì)指標(biāo)的要求。(3)EMI輻照度光譜與OMI和TROPOMI具有極好的相關(guān)性(相關(guān)系數(shù)>0.95),且與參考太陽光譜之間的絕對差異較小(UV2波段平均4.3%,VIS1波段平均3.67%),說明EMI輻照度數(shù)據(jù)的輻射定標(biāo)精度較高。盡管輻亮度數(shù)據(jù)受多種因素的影響,潔凈太平洋區(qū)域的平均輻亮度光譜的比較結(jié)果表明,EMI與OMI和TROPOMI具有較高的一致性(相關(guān)系數(shù)>0.93)。在未來,我國計(jì)劃將與EMI類似的國產(chǎn)載荷搭載在GF-5(02)衛(wèi)星和大氣環(huán)境監(jiān)測衛(wèi)星(Atmospheric Environmental Monitoring Satellite, AEMS)上,繼續(xù)服務(wù)于污染氣體監(jiān)測[18]。因此,本研究可以為EMI系列的后續(xù)載荷的設(shè)計(jì)和質(zhì)量評估提供參考,同時還可以為利用EMI數(shù)據(jù)從事痕量氣體反演的科研人員提供參考。

        致謝:感謝生態(tài)環(huán)境部衛(wèi)星環(huán)境應(yīng)用中心提供的EMI 1級數(shù)據(jù),NASA GESDISC提供的OMI和TROPOMI產(chǎn)品。

        猜你喜歡
        輻照度定標(biāo)亮度
        我國為世界大豆精準(zhǔn)選種“定標(biāo)”
        基于恒星的電離層成像儀在軌幾何定標(biāo)
        亮度調(diào)色多面手
        亮度一樣嗎?
        基于角反射器的機(jī)載毫米波云雷達(dá)外定標(biāo)實(shí)驗(yàn)
        中國典型地區(qū)水平總輻射輻照度頻次特征*
        風(fēng)能(2016年8期)2016-12-12 07:28:48
        基于斬波調(diào)制的LED亮度控制
        人生的亮度
        4m直徑均勻擴(kuò)展定標(biāo)光源
        太陽模擬器輻照度修正方法的研究
        亚洲成a人片在线观看中文!!! | 国产一区曰韩二区欧美三区| 大肥婆老熟女一区二区精品| 玖玖资源站亚洲最大的网站| 国产特黄级aaaaa片免| 亚洲精品久久久久久| 国产成人一区二区三区影院免费| av黄色大片久久免费| 精品久久久bbbb人妻| 欧美日韩中文国产一区| 亚洲美女国产精品久久久久久久久 | 国产午夜片无码区在线播放| 老熟女高潮一区二区三区| 久草热这里只有精品在线| 国产诱惑人的视频在线观看| 国产色系视频在线观看| 一本色道av久久精品+网站| 中国免费av网| 水蜜桃男女视频在线观看网站| 插我一区二区在线观看| 亚洲欧美日韩精品高清| 亚洲国产日韩av一区二区| 国产精品久久久在线看| 疯狂撞击丝袜人妻| 亚洲国产另类久久久精品小说| 中文字幕有码手机视频| 国产精品白浆在线观看免费| 欧美老妇与禽交| 一区二区高清视频在线观看| 校园春色人妻激情高清中文字幕| 女人扒开屁股爽桶30分钟| 亚洲韩国在线| 我揉搓少妇好久没做高潮| 一本久久a久久精品vr综合| 亚洲AV无码精品蜜桃| 美女被搞在线观看一区二区三区 | 高清成人在线视频播放| 无码av中文一区二区三区| 欧美午夜一区二区福利视频| 少妇被搞高潮在线免费观看| 国产一区二区三区精品免费av|