L波段微波辐射计机载与卫星观测的对比研究

doi:10.11873/j.issn.1004-0323.2022.6.1361

遥感技术与应用

2022, Vol. 37

Issue (6): 1361-1372 DOI: 10.11873/j.issn.1004-0323.2022.6.1361

土壤水分专栏

L波段微波辐射计机载与卫星观测的对比研究

杨娜(

),徐少博(

),劳从坤,张恒杰,汤燕杰

河南理工大学测绘与国土信息工程学院，河南焦作 454000

Comparisons between Airborne and Space Borne L-band Microwave Radiometer Observations

Na Yang(

),Shaobo Xu(

),Congkun Lao,Hengjie Zhang,Yanjie Tang

School of Surveying and Land Information Engineering，Henan Polytechnic University，Jiaozuo 454000，China

全文: PDF(4688 KB) HTML

摘要：

“闪电河流域水循环和能量平衡遥感综合试验”以滦河上游的闪电河流域为试验区，开展了机载L波段微波辐射计观测。将其获取的机载亮温数据与SMOS、SMAP卫星亮温（L1C）进行对比研究。首先根据观测时间、角度和极化方式制定了机、星数据的选用方案，进而针对二者尺度差异设计了3种空间匹配策略，以数值差（卫星—机载）、相关系数（R）和无偏均方根误差（ubRMSE）作为量化指标，对机载和卫星观测亮温进行差异分析，结果显示：机载亮温与卫星亮温之差随角度变化的特征趋势与理论相符，其可靠性得到了初步验证；3种空间匹配策略下的总平均亮温差显著不同，证实了空间尺度差异与匹配策略对多源数据的验证及对比的量化影响；机载亮温与SMAP亮温的总体差小于与SMOS，反映了探测方式、传感器硬件设计以及空间组织方式的异同。

关键词： 微波遥感; 亮度温度; L波段; 机载微波辐射计; SMOS; SMAP

Abstract:

Flights onboard L-band radiometer are carried out in the Shandian River Basin in the “Soil Moisture Experiment in the Luan River （SMELR）”， airborne brightness temperature （TB） observations are acquired. In this paper， studies on the comparison of airborne TB and that of SMOS and SMAP are performed. The data of airborne and satellites are selected according to their observation periods， incidence angles and polarization mode， and three spatial matching schemes are proposed according to the difference of their scales. By taking the direct numerical bias （satellites minus airborne）， correlation coefficient （R） and unbiased square root error （ubRMSE） as indicators， the quantitative difference between airborne TB and that of satellites are explored， results show that： the variation of the TB difference between airborne and satellite with the incidence angle are consistent with the theory， and the reliability of the airborne TB observations are initially verified； the total average TB difference varies greatly under difference spatial matching schemes， and the quantitative influence of spatial matching methods in the validation and comparison of multi-source and multi-scale data are confirmed； the TB difference between airborne and SMAP is smaller than that of SMOS， which reflects the similarities and differences in sensor design， observation mechanism and spatial mapping methods.

Key words: Microwave remote sensing Brightness temperature L-band Airborne microwave radiometer SMOS SMAP

收稿日期: 2020-10-14 出版日期: 2023-02-15

ZTFLH:

TP701

基金资助: 国家自然科学基金青年基金项目(41501363)

通讯作者: 徐少博 E-mail: yangna@hpu.edu.cn;xushaobo_HPU@outlook.com

作者简介: 杨娜（1980-），女，黑龙江大庆人，讲师，硕士生导师，主要从事微波遥感土壤水分反演与应用研究。E?mail:yangna@hpu.edu.cn

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杨娜,徐少博,劳从坤,张恒杰,汤燕杰. L波段微波辐射计机载与卫星观测的对比研究[J]. 遥感技术与应用, 2022, 37(6): 1361-1372.

Na Yang,Shaobo Xu,Congkun Lao,Hengjie Zhang,Yanjie Tang. Comparisons between Airborne and Space Borne L-band Microwave Radiometer Observations. Remote Sensing Technology and Application, 2022, 37(6): 1361-1372.

链接本文:

http://www.rsta.ac.cn/CN/10.11873/j.issn.1004-0323.2022.6.1361 或 http://www.rsta.ac.cn/CN/Y2022/V37/I6/1361

图1 试验区DEM（STRM30）与机载飞行路线（规划）

表1 SMOS与SMAP格点中心的距离

表2 机载观测时间与卫星过境时间及数据选用情况

图2 机载飞行区间、SMOS和SMAP格点、地表温度测站的空间分布

表3 机载和卫星亮温的总体数值分布

图3 2018年9月17日、32.5°机载和卫星亮温

表4 卫星数据与机载数据的角度和极化方式的匹配

图4 实测地表温度（2018年9月17日—26日）

表5 卫星—机载之间的亮温差异

图5 SMOS、SMAP卫星大面元与机载小面元-未平均方式下的亮温比较

图6 SMOS、SMAP卫星大面元与机载小面元—平均方式下的亮温比较

图7 SMOS、SMAP卫星大面元与机载小面元—最邻近方式下的亮温比较

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