敲黑板!大氣衛星遙感到底是個啥?

開運集團 發佈 2022-04-08T19:01:03.541964+00:00

衛星遙感技術可以從遠距離,連續地對地球大氣系統進行觀測,提供全天候,大尺度,高精度的數據產品,在監測大氣成分時空分布特徵,探究大氣污染過程及形成機制,預防和治理大氣污染等應用中起到了重要作用。本文主要針對大氣衛星遙感做一些基本介紹。

衛星遙感技術可以從遠距離,連續地對地球大氣系統進行觀測,提供全天候,大尺度,高精度的數據產品,在監測大氣成分時空分布特徵,探究大氣污染過程及形成機制,預防和治理大氣污染等應用中起到了重要作用。本文主要針對大氣衛星遙感做一些基本介紹。

01-基本原理

地球上不同的物體在不斷的吸收,反射和發射能量。大氣遙感就是利用不同大氣化學成分的波譜特性,從地球系統反射的電磁信號中獲取相關物理量的過程。其中,從原始信號中獲取大氣相關物理量信息這一過程叫做大氣遙感反演。

大氣遙感反演是一個典型的反問題(逆問題),即由結果推導成因。這裡的結果即遙感的觀測信號,而成因則有多種可能,著其中牽涉到了原始信號與地球系統(大氣中的雲,氣溶膠,氣體,以及地表)之間的一系列互動。這樣一個已知信息數量遠小於待求參數數量,且其輸出結果並不具有唯一性和穩定性的系統在數學上又稱作是病態的,而解決這樣一個病態的問題,就需要更多的約束條件。在遙感領域,這些被引入的額外的約束條件多為先驗假設。基於先驗假對實際探測信號進行正演模擬(物理過程的數學模型),並通過數學方法最小化模擬信號和實測信號之間的差距,得到一組滿足條件的先驗假設,即為反演結果。

02-遙感分類

遙感的分類方式繁多,對於大氣衛星遙感技術而言,測量的波段的範圍一般從紫外波段到微波波段,主要以被動式遙感、近極地太陽同步軌道衛星較多。目前大多數遙感設備都具有多波段測量的功能,而隨著技術的進步,近年來也有設備具有多角度測量和偏振測量的性能,為反演過程增加更多的觀測約束條件,提高了反演結果的精度。

03-衛星遙感產品分級

不同的遙感衛星數據產品有不同的分級方式,但大多數可以分為5個等級(以NASA的EOSDIS為例),2級及以下產品主要用於學術和科研領域,3級及以上產品則更常見於實際項目的應用。

Level 0

經數據重構,未進行任何處理的原始數據(所有的通信信息被移除)。

Level 1

經數據重構,具有時間參考、地理坐標參數,經過輻射校正、幾何校正但未進行任何處理的原始數據。

Level 2

含有反演得到的與Level1數據具有相同解析度和位置的物理參數的數據產品。

Level 3

經過數據處理,重採樣至統一時空格網尺度,具有一定完整性和一致性的數據產品。

Level 4

模型輸出結果或數據同化結果。

04-常用大氣衛星遙感數據

以下列出了一些在實際項目中經常運用到的一些具有較高精度的衛星數據信息。

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