고급 초고해상도 방사선계

Advanced very-high-resolution radiometer
NOAA/AVHRR 위성에서 획득한 전지구 해수면 온도 이미지

첨단 고해상도 방사선계(AVHRR) 계측기는 현재 표준으로 비교적 넓은 5개의 스펙트럼 대역에서 지구의 반사율을 측정하는 우주 기반 센서다. AVHRR 계측기는 미국 해양대기청(NOAA)의 극궤도 플랫폼(POES) 및 유럽 메트옵 위성 계열에 의해 운반되었거나 운반된 적이 있다. 이 기기는 여러 채널을 스캔한다. 두 채널은 적색(0.6마이크로미터)과 적외선 근거리(0.9마이크로미터) 지역을 중심으로 하고, 세 번째 채널은 3.5마이크로미터 전후에 위치하며, 다른 두 채널은 행성이 방출하는 열 방사선을 11~12마이크로미터 전후로 스캔한다.[1]

첫 번째 AVHRR 계측기는 4채널 방사선계였다. 1998년 5월에 처음 출시된 NOAA-15에 이어 마지막 버전인 AVHRR/3은 6개 채널의 데이터를 취득한다. AVHRR은 Joint Polar Satellite System 우주선에 탑재된 가시 적외선 이미징 방사선계 제품군에 의해 계승되었다.

작전

NOAA는 항상 최소 두 개의 극지궤도를 도는 기상위성을 가지고 있는데, 한 개의 위성은 새벽과 저녁으로 적도를, 다른 하나는 오후와 늦은 저녁에 적도를 건넌다. 두 위성에 탑재된 1차 센서는 AVHRR 기기다. 아침 위성 데이터는 육지 연구에 가장 일반적으로 사용되는 반면, 두 위성에서 나온 데이터는 대기와 해양 연구에 사용된다. 이 두 가지가 함께 매일 두 번 전지구적 커버리지를 제공하고, 지구의 모든 지역에 대한 데이터가 6시간 이하가 되도록 보장한다. 위성이 '볼 수 있는' 지구 표면의 면적 폭인 스와스 폭은 약 2,500km(~1,540mi)이다. 위성은 지구 표면에서 833km 또는 870km(+/- 19km, 516–541마일)의 궤도를 돈다.[2]

현재의 AVHRR 계기로부터 얻을 수 있는 최고 지상 해상도는 나디르에서 픽셀당 1.1km(0.68mi)이다.

AVHRR 데이터는 1981년부터 지속적으로 수집되어 왔다.[2]

적용들

이러한 기구의 주요 목적은 구름을 감시하고 지구의 열 방출량을 측정하는 것이다. 그러나 이러한 센서는 육지 표면, 해양 상태, 에어로졸 등의 감시를 포함하여 많은 다른 용도에 유용한 것으로 입증되었다. AVHRR 데이터는 이미 축적된 데이터의 비교적 긴 기록(20년 이상) 때문에 기후 변화와 환경 저하를 연구하는 데 특히 관련이 있다. 이러한 조사와 관련된 주요 어려움은 특히 초기(센서 보정, 궤도 드리프트, 제한된 스펙트럼 및 방향 샘플링 등)에 이러한 계측기의 많은 한계에 적절히 대처하는 것이다.

AVHRR 계측기는 MetOp 시리즈 위성에서도 비행한다. 계획된 3개의 MetOp 위성은 EUMETSAT가 운영하는 EPS(EuMetsat Polar System)의 일부다.

교정 및 유효성 검사

AVHRR 센서의 원격 감지 애플리케이션은 배치된 지상 관측 및 위성 관측의 검증(매치업) 기법에 기초한다. 또는 복사 이전 계산이 수행된다. 거의 적외선과 적외선 채널에서 AVHRR 관측 가능한 밝기 온도 및 방사선을 시뮬레이션할 수 있는 전문 코드가 있다.[3][4]

가시 채널의 발사 전 보정(1장 및 2장)

출시 전에 AVHRR 센서의 가시적 채널(1장과 2장)은 기기 제조업체, ITT, 항공우주/통신 부서에 의해 교정되며 NIST 표준에 따라 추적 가능하다. 센서의 전자 디지털 카운트 응답(C)과 교정 대상의 알베도(A) 사이의 교정 관계는 선형적으로 후퇴한다.[2]

A = S * C + I

여기서 S와 나는 교정 회귀 분석[NOAA KLM]의 기울기와 절편(존중)이다. 단, 매우 정확한 발사 전 교정은 발사 및 궤도로 이동하는 동안뿐만 아니라 기기의 작동 수명 동안 저하된다[Molling et ] Halthore 등. [2008] 센서 성능저하가 주로 열 사이클링, 필터 내 과대평가, 높은 에너지 복사 손상( 자외선(UV) 등) 및 민감한 표면에 과대 가스가 응축되어 발생한다는 점에 유의한다.

AVHRR 계측기의 주요 설계 결함 중 하나는 궤도 [NOAA KLM]에서 한 번 정확한 온보드 보정을 수행할 수 있는 능력이 부족하다는 것이다. 따라서, 회수된 방사선과 이러한 값에서 도출된 후속 제품의 정확성을 업데이트하고 보장하기 위해 발사 후 온 오르빗 교정 활동(대리 교정 방법이라고 함)을 수행해야 한다[Xiong 등, 2010년]. 보정 계수를 업데이트하고 발사 전 보정보다 더 정확한 검색 결과를 제공하기 위해 수많은 연구가 수행되었다.

온오비트 개별/few 센서 절대 보정

라오와 첸

Rao와 Chen[1995]은 NOAA -7, -9 및 -11 위성에 탑재된 AVHR 센서에 대한 채널 1과 채널 2의 상대적인 연간 성능 저하율을 도출하기 위해 리비아 사막을 방사선학적으로 안정적인 교정 목표로 사용한다. 또한, 미국 뉴멕시코주 화이트 샌즈 사막지에서의 항공기 현장 캠페인으로 [Smith 등, 1988년 참조] 위의 NOAA-9 위성과 일치된 경로로 약 18km 고도에서 비행하는 U-2 항공기에 탑승한 잘 보정된 분광계로부터 NOAA-9에 대한 절대 교정이 이전되었다. 상대적 열화에 대해 보정된 후, NOAA-9의 절대 교정은 같은 달력 월의 날짜뿐만 아니라 유사한 보기 기하학으로 제한되는 리비아 사막 관찰을 사용한 선형 관계를 통해 NOAA -7 및 -11로 전달되며, 모든 센서 열화는 조정으로 보정된다.기록된 알베도 신호와 디지털 카운트 신호 사이의 경사(발사 후 며칠의 함수)를 upting [Rao 및 Chen, 1999년].

롭

표면 표적을 사용하는 다른 유사한 방법으로, Loeb[1997]는 그린란드와 남극 대륙의 주피샘플 균일한 얼음 표면을 사용하여 태양 정점각의 함수로 2차 다항식 반사율 교정 곡선을 생성한다. 보정된 NOAA-9 근내 반사율을 사용하여 o에 대한 교정을 도출할 수 있는 곡선을 생성한다.궤도에 있는 AHVRR(예: NOAA-11, -12, -14)

롭[1997]과 라오 및 첸[1995]이 도출한 교정계수의 비율은 태양 정점각과 무관하므로 NOAA-9에서 도출한 교정곡선이 태양 정점각과 관측된 그린란드와 남극의 반사율 사이에 정확한 관계를 제공하는 것으로 확인되었다.

이와부치

이와부치[2003년]는 NW 태평양 지역의 맑은 하늘과 층운 반사율 관측을 이용한 NOAA-11 및 -14를 교정하는 방법과 이론적 분자 대기의 복사 전달 계산을 이용하여 AVHR 1장을 교정하는 방법을 채택했다. 대양 상공에서 한 달에 걸친 맑은 하늘 관측을 사용하여 초기 최소 추정치를 얻었다. 보정 경사로가 만들어진다. 그런 다음 해양 반사율, 수증기, 오존 및 소음의 불확실성에 따라 조정되는 기울기 보정을 통해 1장에 대한 최적 기울기 값을 달성하기 위해 반복적인 방법을 사용한다. 그 다음, 2장은 두 채널의 층운 광학 두께가 같아야 한다는 조건 하에 교정이 올바르면 (보이는 채널에서 예상대로 균일해야 한다)에 따라 교정된다[Iwabuchi, 2003].

버모테와 살로우스

AVHRR에 대한 보다 현대적인 교정 방법은 MODIS의 VIS/IR 채널의 온오프비트 교정 기능을 사용한다. Vermote and Saleous [2006]는 MODIS를 사용하여 불변 사막지대의 BRDF를 특성화하는 방법론을 제시한다. 계측기 채널에 사용되는 스펙트럼 대역의 차이로 인해 스펙트럼 변환 방정식을 도출하여 이러한 차이에 대한 교정회계를 정확하게 전달하였다. 마지막으로 MODIS 관찰에서 모델링한 AVHRR의 비율을 사용하여 센서 성능 저하를 결정하고 그에 따라 보정을 조정한다.

다른이들

교정 및 기록 연속성을 연장하는 방법 또한 유사한 교정 활동을 이용한다[Heider 등, 2010].

장기 교정 및 기록 연속성

지금까지의 논의에서는, 개인을 교정할 수 있거나 몇 개의 AVHRR 센서에 한정되는 방법이 제시되어 있다. 그러나 기후적 관점에서 한 가지 중요한 도전은 3세대 AVHRR 기기뿐만 아니라 MODIS 및 VIRS와 같은 더 많은 현대적 센서에 걸쳐 30년 이상 지속되는 기록 연속성의 필요성이다. 명목상의 AVHR 교정, 심지어 업데이트된 교정에서도 lo에 불연속성을 야기하는 여러 유물이 존재할 수 있다.ng-항 광도 기록 복수의 위성으로부터 구축[Cao 등, 2008년].

국제 위성 클라우드 기후학 프로젝트(ISCCP) 방법

Brest와 Rossow[1992] 및 업데이트된 방법론[Brest et al., 1997]은 개별 센서의 교정 모니터링과 모든 센서의 정상화를 위한 강력한 방법을 공통 표준으로 제시했다. 국제 위성 구름 기후 프로젝트(ISCCP) 방법은 구름의 검출과 오존, 레일리 산란 및 표면 반사율을 생성하기 위한 일조 강도의 계절적 변화 보정으로 시작한다. 그런 다음 다양한 표면 유형에 대해 월별 표면 반사 히스토그램이 생성되고, 이후 다양한 히스토그램 한계가 원래의 센서 관찰에 필터로 적용되어 궁극적으로 집계되어 전지구적인 구름 없는 표면 반사율을 산출한다.

필터링 후 글로벌 맵은 월평균 Surface, 격주 Surface 2개, 평균 총 반사율 맵으로 구분된다. 월평균 Surface 반사 지도는 교정에서 장기 추세를 감지하는 데 사용된다. 격주 Surface 맵은 서로 비교되며 교정에서 단기 변화를 감지하는 데 사용된다.

마지막으로, 토탈 맵은 처리 방법론의 편향을 탐지하고 평가하는데 사용된다. 모드 반사율과 모집단의 변화는 교정 변화의 결과일 가능성이 높기 때문에 대상 히스토그램도 검사한다.

장기기록연속성

장기적인 기록 연속성은 두 센서 사이의 정상화에 의해 달성된다. 첫째, 두 개의 센서의 작동시간 중첩으로부터 관측을 처리한다. 다음으로, 두 개의 글로벌 Surface 지도를 산점도를 통해 비교한다. 또한 궤도 표류로 인한 태양 정점 각도의 변화에 대해 관측치를 보정한다. 궁극적으로 선은 교정에서 전체 장기 드리프트를 결정하는 데 적합하며, 센서의 드리프트를 교정한 후에는 동일한 운영 기간 동안 발생하는 관측치에 대해 정규화가 수행된다[Brest 등, 1997년].

중간 해상도의 영상 스펙트럼 분석계를 이용한 보정

AHVRR 기록을 절대적으로 보정하기 위한 또 다른 최근의 방법은 NASA의 TERRA와 AQ에 탑재된 현대 MODIS 센서를 사용한다.UA 위성. MODIS 계측기는 교정 정확도가 높으며 VIS/NIR 스펙트럼 영역[MCST]에 탑재된 교정 시스템을 포함하기 때문에 자체 방사선 변화를 추적할 수 있다. The following method utilizes the high accuracy of MODIS to absolutely calibrate AVHRRs via simultaneous nadir overpasses (SNOs) of both MODIS/AVHRR and AVHRR/AVHRR satellite pairs as well as MODIS-characterized surface reflectances for a Libyan Desert target and Dome-C in Antarctica [Heidinger et al., 2010]. 궁극적으로 사용 가능한 각 개별 교정 이벤트(MODIS/AVHRR SNO, 돔 C, 리비아 사막 또는 AVHR/AVHRR SNO)는 주어진 AVHRR 센서에 교정 경사 시간 시리즈를 제공하는 데 사용된다. 하이딩거 외 [2010] 시계열을 결정하려면 최소치 적합치의 2차 다항식을 사용한다.

첫 번째 단계에는 관찰된 MODIS 장면을 완벽하게 보정된 AVHRR이 볼 수 있는 장면으로 변환하는 복사 전송 모델을 사용하는 것이 포함된다. MODIS/AVHRR SNO 발생의 경우, 채널 17과 채널 18의 MODIS 반사 라디오의 2차 다항식으로 Che1과 Ch2에서 AVHRR 대 MODIS 방사선의 비율을 잘 모델링한다고 결정했다. 채널 17과 18은 대기 수증기에 민감한 스펙트럼 영역(0.94mm)에 위치하며, AVHR 2장의 정확한 교정에 영향을 미치는 수량이다. Ch17 대 Ch 18 비율을 이용하여 총 침전수(TPW)에 대한 정확한 추측을 얻어 AVHRR SNO 교정에 대한 MODIS의 정확도를 더욱 높인다. 리비아 사막과 돔-C 교정 현장은 MODIS/AVHRR SNO가 발생하지 않을 때 사용된다. 여기서 반사율의 AVHRR 대 MODIS 비는 NCEP 재분석의 TWP 자연 로그(natural logarithm)를 이용하여 3차 다항식으로 모델링한다. 이 두 가지 방법을 사용하여 월별 교정 기울기는 수정된 MODIS 반사율 대 AVHR 카운트의 원점을 통해 강제로 선형 적합으로 생성된다.

MODIS 시대(2000년 이전) 이전의 AVHRR에 대한 MODIS 참조를 다시 확장하기 위해, 하이딩거 외 연구진. [2010] 남극대륙의 돔 C와 리비아 사막의 안정적인 지구 표적을 사용한다. MODIS 평균 목표물에 대한 Nadir 반사율이 결정되고 태양 절정각 대비 플롯된다. 주어진 태양 정점각에서 AVHRR 관측치에 대한 카운트와 TWP에 대해 보정된 해당 MODIS 반사율을 사용하여 MODIS 보정을 할 경우 어떤 AVHR 값이 제공될 것인지를 결정한다. 이제 교정 기울기가 계산된다.

직접 AVHR/AVHRR SNO를 사용한 보정

하이딩거 외 연구진이 사용한 하나의 최종 방법. MODIS 보정을 MODIS 시대 외부에서 작동한 AVHR로 다시 확장하는 데 대한 [2010]은 직접 AVHR/AVHRR SNO를 통해 이루어진다. 여기서는 AVHRR의 카운트가 표시되고 계산된 원점을 통해 강제로 회귀가 계산된다. 이 회귀 분석은 하나의 AVHR 반사율에 대한 정확한 교정을 보정되지 않은 AVHRR의 카운트로 전달하고 적절한 교정 기울기를 생성하는 데 사용된다. 이러한 AVHRR/AVHRR SNO는 그 자체로 절대적인 교정 지점을 제공하지 않고, 오히려 궁극적인 MODIS 교정을 전송하는 데 사용할 수 있는 AVHR 사이의 상대적 교정을 위한 앵커 역할을 한다.

차세대 시스템

NASA의 Terra와 Aqua에 탑재된[5] MODIS 센서의 운용 경험은 AVHRR의 후속작인 VIRS의 개발을 이끌었다.[6] VIRS는 현재 Suomi NPP와 NOAA-20 위성에서 운용되고 있다.[7]

출시 및 서비스 날짜

위성 이름 출시일자 서비스 시작 서비스 끝
TIROS-N ['tairəus]

[텔레비전 및 적외선 관측 위성]

1978년 10월 13일 1978년 10월 19일 1980년 1월 30일
NOAA-6 1979년 6월 27일 1979년 6월 27일 1986년 11월 16일
NOAA-7 1981년 6월 23일 1981년 8월 24일 1986년 6월 7일
NOAA-8 1983년 3월 28일 1983년 5월 3일 1985년 10월 31일
NOAA-9 1984년 12월 12일 1985년 2월 25일 1994년 5월 11일
NOAA-10 1986년 9월 17일 1986년 11월 17일 1991년 9월 17일
NOAA-11 1988년 9월 24일 1988년 11월 8일 1994년 9월 13일
NOAA-12 1991년 5월 13일 1991년 5월 14일 1994년 12월 15일
NOAA-14 1994년 12월 30일 1994년 12월 30일 2007년 5월 23일
NOAA-15 1998년 5월 13일 1998년 5월 13일 현재
NOAA-16 2000년 9월 21일 2000년 9월 21일 2014년 6월 9일
NOAA-17 2002년 6월 24일 2002년 6월 24일 2013년 4월 10일
NOAA-18 2005년 5월 20일 2005년 8월 30일 현재의
NOAA-19 2009년 2월 6일 2009년 6월 2일 현재의
메타프-A[8] 2006년 10월 19일 2007년 6월 20일 현재의
메타프-B[9] 2012년 9월 17일 2013년 4월 24일 현재의
메타프-C 2018년 11월 7일 2019년 7월 3일 현재의
TIROS[10]/NOAA 날짜는 USGS 웹 사이트와 NOAA POES 상태[11] 웹 사이트로부터입니다.

참조

  1. ^ Baum, Bryan A.; Wielicki, Bruce A. (1992). "On the Retrieval and Analysis of Multilevel Clouds". NASA. NASA Technical Reports Server: 12. hdl:2060/19980008781.
  2. ^ Jump up to: a b c NOAA KLM 사용 설명서 공식 NOAA POES 위성 사용 설명서
  3. ^ RTTOV
  4. ^ 커뮤니티 복사 전달 모델
  5. ^ NASA MODIS 웹 사이트 NASA MODIS 웹 사이트
  6. ^ NASA 수오미 NPP 웹사이트
  7. ^ NASA JPSS 웹사이트
  8. ^ EMETSAT 운영 데이터 배포 발표 2008년 12월 4일 웨이백 머신에 보관
  9. ^ Metop-B가 주요 운영 서비스 인수: 극궤도에서 보장된 중요한 날씨 및 기후 데이터의 장기 연속성
  10. ^ USGS 지구 자원 관측 및 과학 AVHRR 페이지 2009년 5월 9일 웨이백 머신에 보관
  11. ^ NOAA POES 상태

추가 읽기

  • 브레스트, C.L., W.B. 로소우 1992. ISCCP에 대한 NOAA AVHRR 데이터의 방사선 측정 및 모니터링. 국제 원격 감지 저널(International Journal of Remote Sensing. 제13권 페이지 235-273호
  • 브레스트, C.L. 외 1997. ISCCP. Journal of Aircrain and Ocean Technology에 대한 Radiance Calibration 업데이트. 제14권 페이지 1091–1109.
  • Cao, C. 외 2008. 기본 기후 데이터 기록을 생성하기 위한 AVHRR 및 MODIS L1B 반사율의 일관성 평가 지구물리학 연구 저널. 제113권 D09114. doi: 10.1029/2007JD009363.
  • Halthore, R. 외 2008. 위성 센서 보정에 있어 에어로졸 흡수의 역할 IEEE 지오사이언스 및 원격 감지 문자. 제5권 페이지 157–161.
  • 하이딩거, A. K. 외 2002. MODIS(Medium Resolution Imaging Spectrometer)를 사용하여 고급 초고해상도 방사선계 반사 채널을 보정하십시오. 지구물리학 연구 저널. 제107권 도이: 10.1029/2001JD002035.
  • 하이딩거, A.K. 외 2010. AVHRR 태양 반사율 데이터 기록에 대한 센서 간 일관성 보정. 국제 원격 감지 저널(International Journal of Remote Sensing. 제31 페이지 6493–6517.
  • 이와부치, H. 2003. 분자 대기와 층운에서 반사된 것을 사용하여 NOAA-11 및 NOAA-14 AVHRR의 가시적 및 근적외선 채널 보정. 국제 원격 감지 저널(International Journal of Remote Sensing. 제24권 페이지 5367–5378.
  • 1997년 뉴저지 주 롭입니다 NOAA AVHRR의 비행 중 보정 그린란드와 남극대륙 상공에서 가시성과 근거리 IR 대역의 보정. 국제 원격 감지 저널(International Journal of Remote Sensing. 제18권 페이지 477–490.
  • MCST. MODIS 레벨 1B 알고리즘 이론 기반 문서 버전 3. 고다드 우주 비행 센터. 그린벨트, 2005년 12월
  • 몰링, C.C. 외 2010. AVHRR 채널 1 및 2에 대한 교정: 검토 및 합의 경로. 국제 원격 감지 저널(International Journal of Remote Sensing. 제31권 페이지 6519–6540.
  • NOAA KLM 사용자 설명서(NOA-N, -N' 부록 포함) NOAA NESDIS NCDC. 2009년 2월 NC 애쉬빌.
  • 라오, C.R.N., J. 첸. 1995. NOAA-7, -9 및 -11 우주선에서 고해상도 첨단 방사선계의 가시적 및 근적외선 채널에 대한 위성 간 보정 링크. 국제 원격 감지 저널(International Journal of Remote Sensing. 제16권 1931-1942.
  • 라오, C.R.N., J. Chen. 1999. NOAA-14 우주선에 탑재된 첨단 고해상도 방사선계의 가시적 및 근적외선 채널에 대한 발사 후 보정 수정. 국제 원격 감지 저널(International Journal of Remote Sensing. 제20권 페이지 3485–3491.
  • 스미스, G.R. 외 1988. 고고도 항공기 측정을 이용한 NOAA-9 AVHRR의 태양 채널 보정. 대기 및 해양 기술 저널. 제5권 페이지 631–639.
  • 버모테, E.F., N.Z. 세일러스. 2006. MODIS 데이터를 사용한 사막 현장 NOAA16 AVHRR 교정. 원격 환경 감지. 제105 페이지 214–220.
  • Xiong, X. 외 2010. 아쿠아 MODIS 반사형 태양열 밴드의 온오빗 보정 및 성능. 지리 과학 및 원격 감지에 대한 IEEE 트랜잭션 제48. 페이지 535–546.

외부 링크