不同卫星由于传感器特性和大气校正算法差异,导致反射率数据(Rrs)存在明显偏差。这种不一致性不仅阻碍了多卫星数据的合并,还使得全球气候变化对海洋生态系统的影响评估变得复杂。为解决这一问题,研究团队提出了跨卫星大气校正(CSAC)算法,通过将MODIS-Aqua卫星20多年来的高质量数据作为标准,将其他卫星的数据校正到相同的反射率水平,以此确保数据的一致性。
本研究以SeaWiFS为例,能够发现CSAC算法能够改善了SeaWiFS卫星与MODIS-Aqua卫星的数据一致性。如下表,在蓝绿波段,CSAC系统的输出结果与MODIS-Aqua优质观测的MAPD降低到10%以下,相较于传统方法有了极大的改进。在667波段上,MAPD更是降低了一半以上。此外,CSAC系统还能够生成SeaWiFS在MODIS-Aqua没有的波段数据(531 nm),为合并数据提供更多的选择。
表1. 2007年MODIS与SeaWiFS原始产品对比(上列),MODIS与CSAC结果对比(下列)。
该系统基于神经网络的算法,通过分析大量MODIS-Aqua数据与其他卫星的匹配数据,训练模型,使其能够自动调整SeaWiFS等卫星的数据,在全球实现将其他传感器与MODIS-Aqua优质数据的保持高度一致。如下图中四个全球不同位置(A1、A2、A3、A4)处SeaWiFS和MODIS-Aqua的光谱反射率对比。可以看出,CSAC校正显著减少了SeaWiFS和MODIS-Aqua数据的光谱差异,使得误差从最高22.2%降至4.5%以下。
图1. MODIS,SeaWiFS与CSAC结果光谱对比实例。图中的数字代表平均光谱差异。子图(a)为SeaWiFS Rrs(443)的影像,A1至A4点取自不同的海区。
未来工作中,CSAC算法将进一步优化,包括对MODIS-Aqua数据的更合理筛选和训练集构建的改进。此外,研究团队还计划引入更多卫星数据,以构建更长时间序列的全球海洋生物光学参数数据产品。。
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