（高清版）GBT 41535-2022 气溶胶光学厚度遥感产品真实性检验

气溶胶光学厚度遥感产品真实性检验国家市场监督管理总局I 12规范性引用文件 3术语和定义 14基本要求 25检验方法 26检验报告 4附录A(资料性)气溶胶光学厚度地面观测数据列表 6附录B(资料性)气溶胶光学厚度地面观测 7附录C(资料性)气溶胶光学厚度遥感产品真实性检验报告样例 参考文献 Ⅲ本文件按照GB/T1.1—2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。本文件由中国科学院提出。本文件由全国遥感技术标准化技术委员会(SAC/TC327)归口。本文件起草单位：中国科学院空天信息创新研究院、山东科技大学、生态环境部卫星环境应用中心。气溶胶光学厚度是表征液体或固体微粒分散在大气中形成的相对稳定的悬浮体系对太阳辐射衰减程度的物理度量。气溶胶光学厚度直接关系到进入地球系统的太阳辐射，并可表征大气质量；因此，气溶胶光学厚度遥感产品在大气质量评估、大气污染监测、大气校正及全球变化等研究中具有重要意义。本文件针对气溶胶光学厚度遥感产品真实性检验中的共性问题，根据多年来国内外相关工作实践，总结归纳了一套行之有效的工作流程和方法，顾及了不同类型、不同空间分辨率的气溶胶光学厚度产品对检验方式的特定需求，用以规范气溶胶光学厚度遥感产品真实性检验工作的有序进行。本文件的实施将有力促进气溶胶光学厚度遥感产品的质量提升和定量应用。1气溶胶光学厚度遥感产品真实性检验本文件规定了气溶胶光学厚度遥感产品真实性检验的基本要求、检验方法和检验报告。本文件适用于卫星遥感数据反演的气溶胶光学厚度遥感产品的真实性检验。2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。GB/T36296—2018遥感产品真实性检验导则GB/T39468—2020陆地定量遥感产品真实性检验通用方法3术语和定义GB/T36296—2018、GB/T39468-2020界定的以及下列术语和定义适用于本文件。液体或固体微粒分散在大气中形成的相对稳定的悬浮体系。表征大气气溶胶造成辐射能量衰减程度的物理量。注：数值上等于气溶胶散射系数和吸收系数之和，常用单位为每米(m-l)、每千米(km-l)。某一段路径上气溶胶消光系数的总和，量纲为1。从地面到大气上界垂直路径中气溶胶消光系数的总和，量纲为1。气溶胶模型aerosolmodel气溶胶类型、谱分布及气溶胶粒子物理和化学特性的数学表达。由遥感影像数据生产的整层大气气溶胶光学厚度数据集、辅助数据集及元数据集的统称。24基本要求气溶胶光学厚度遥感产品真实性检验应符合GB/T36296—2018中第7章的规定，同时：a)参考对象为已检遥感产品时，已检遥感产品的空间分辨率宜不低于待检气溶胶光学厚度遥感产品的空间分辨率；b)参考对象的观测时间与待检气溶胶光学厚度遥感产品的观测时间相差不宜超过30min;c)参考对象宜具有区域代表性，覆盖待检气溶胶光学厚度遥感产品范围内的不同高程和地表覆盖；d)参考对象的气溶胶模型应包含待检气溶胶光学厚度遥感产品所有的气溶胶模型，如大陆型、沙5检验方法5.1检验方法选择根据参考对象的可获取性选择相应的检验方法：a)当有地面观测数据作为参考对象时，应采用直接检验法；b)当仅有已检较高精度的气溶胶光学厚度遥感产品作为参考对象，应采用间接检验法。5.2直接检验法直接检验法检验流程应符合GB/T36296—2018中8.1的规定，主要操作流程见图1,操作步骤如下：a)待检气溶胶光学厚度遥感产品基本信息获取：从待检气溶胶光学厚度遥感产品读取产品基本b)样本选择：按GB/T39468—2020中4.3.1b)的检验样本抽样方法进行样本选择；c)地面观测数据判断：根据待检气溶胶光学厚度遥感产品的空间范围判断在此范围内是否有已有地面观测数据(见附录A);d)地面观测数据获取：若待检气溶胶光学厚度遥感产品空间范围内已有地面观测数据，则选取对应的已有地面观测数据；若无已有地面观测数据，则进行地面观测站点布设与数据采集，以获取地面观测数据，方法见附录B;e)空间匹配：将地面观测站点/样点数据与待检验的气溶胶光学厚度遥感产品像元进行空间匹配；f)时间匹配：将与待检气溶胶光学厚度遥感产品观测时间相差30min内的所有地面观测数据进行时间插值，计算得到与待检气溶胶光学厚度遥感产品观测时间相同的地面观测数据；g)550nm处气溶胶光学厚度计算：将经过时间匹配获取的地面观测数据进行光谱插值，计算得到550nm处的气溶胶光学厚度作为像元尺度相对真值；h)准确度评价：按GB/T36296—2018中6.1的准确度评价指标定量表达待检气溶胶光学厚度遥感产品的准确度，准确度评价指标至少应包括均方根误差、相关系数；i)不确定度分析：按GB/T36296—2018中6.2的不确定度评价指标进行待检气溶胶光学厚度遥感产品的不确定度分析，不确定度评价指标至少应包括标准差。3GB/T41535—2022待检气溶胶光学厚度遥感产品待检气溶胶光学厚度产品基木样本选择已有地而观测数据判断?是已有地面观测否地而观测站点布设与数据采集空间匹配时间匹配550mm处气溶胶光学厚度计算准确度评价不确定度分析图1气溶胶光学厚度遥感产品直接检验法操作流程5.3间接检验法间接检验流程应符合GB/T36296—2018中8.2.1的规定，主要操作流程见图2,操作步骤如下：a)待检气溶胶光学厚度遥感产品基本信息获取：从待检气溶胶光学厚度遥感产品读取产品基本信息，包括产品的类别、空间分辨率、空间范围、时间分辨率、观测时间等信息；b)已检气溶胶光学厚度遥感产品选择：按照第4章中的规定选取准确度及不确定度已知且精度较高的已检气溶胶光学厚度遥感产品作为间接检验的参考对象；c)空间重采样：对已检气溶胶光学厚度遥感产品和待检气溶胶光学厚度遥感产品中空间分辨率高的产品进行空间重采样，使两者空间分辨率一致；d)时间匹配：宜计算与待检气溶胶光学厚度遥感产品观测时间30min内的所有已检产品的算数平均值作为像元尺度的相对真值；e)样本选择：按GB/T39468—2020中5.2的检验样本抽样方法进行样本选择；f)准确度评价：按GB/T36296—2018中6.1的准确度评价指标定量表达待检气溶胶光学厚度遥感产品的准确度，准确度评价指标至少应包括均方根误差、相关系数；g)不确定度分析：按GB/T36296—2018中6.2的不确定度评价指标进行待检气溶胶光学厚度遥4感产品的不确定度分析，不确定度评价指标至少应包括标准差。待检气溶胶光学厚度遥感产品待检气溶胶光学厚度遥感产品基本信息获取已检气溶胶光学厚度遥感产品选择空间重采样时间匹配样本选择准确度评价不确定度分析图2气溶胶光学厚度遥感产品间接检验法操作流程6检验报告6.1封面信息检验报告封面应包括但不限于以下信息：a)检验报告编号；b)检验报告名称；c)检验负责人；d)检验单位；e)送检单位；f)检验时间。6.2正文信息6.2.1气溶胶光学厚度遥感产品概述对待检气溶胶光学厚度遥感产品进行简要描述，应包括但不限于：b)产品的空间分辨率、空间覆盖范围、获取时间、时间分辨率；c)产品的光谱范围(光谱单位);5d)产品算法描述。6.2.2参考对象描述对参考对象进行描述，应包括但不限于：a)参考对象的常规信息，包括类型、空间特征、时间特征、光谱信息(光谱单位);b)参考对象的测量方法、测量仪器、数据格式；c)参考对象的精度。6.2.3检验方法及流程对采用的检验方法和检验过程进行描述，应包括但不限于：a)检验方法和流程概述；b)检验结果的评价指标；c)检验过程的记录；d)检验结果的存档。6.2.4真实性检验结论描述对真实性检验的评价结果进行描述，应包括但不限于：a)真实性检验结果总体评价：描述所检验气溶胶光学厚度遥感产品的准确度；b)分项指标评价：描述所检验气溶胶光学厚度遥感产品在研究区内不同区域、不同地表类型、不同气溶胶模型下的准确度；c)对产品的评价：通过对各项指标的评价和分析，给出所检验气溶胶光学厚度遥感产品的评价结对产品真实性检验过程中的非常规问题进行说明与描述。6.3检验报告信息简表气溶胶光学厚度遥感产品真实性检验报告信息简表编制见GB/T附录C。36296—2018附录D,样例见6(资料性)气溶胶光学厚度地面观测数据列表表A.1气溶胶光学厚度地面观测数据列表数据集名称观测量时间分辨率年限范围站点分布数据下载地址气溶胶全球自动观测网AERONET(AErosolROboticNETwork)气溶胶光学厚度及其他气溶胶参数1998至今843个全球站点new_web/index.html世界气象组织(WMO)全球大气观测(GAW)大气气溶胶光学、物理、化学参数，含气溶胶光学厚度1960至今28个全球站点，410个区域站点/Browse-Obtain-DataPHOTONS)气溶胶光学厚度及其他气溶胶参数1993至今25个法国区域站点数据已经接入AERONET加拿大太阳光度计网络(AeroCan)气溶胶光学厚度及其他气溶胶参数2002至今20个加拿大区域站点数据已经接入AERONET澳大利亚气溶胶地基网络(AGSNet)气溶胶光学厚度及其他气溶胶参数1998至今9个澳大利亚区域站点数据已经接入AERONET日本气溶胶/辐射观测网络(Skynet)气溶胶光学厚度及其他气溶胶参数1996至今53个全球站点aboutSKYNET.php中国气溶胶观测网络气溶胶光学厚度及其他气溶胶参数2002至今20个中国区域站点数据已经接入AERONET7(资料性)气溶胶光学厚度地面观测B.1观测仪器B.1.1测量仪器名称气溶胶光学厚度的地面观测仪器为太阳-天空辐射计。B.1.2测量波长太阳-天空辐射计一般涵盖340nm～1640nm,通常选择受气体吸收影响较小的大气窗口通道，光谱带宽控制在20nm以内。其中500nm和1020nm光谱通道用于数据质量控制。B.1.3仪器视场角太阳-天空辐射计为小视场角测量设备，视场角一般为1.2°~1.3°,以确保光路正对太阳，避免天空杂散光影响。B.1.4太阳追踪精度太阳追踪精度优于0.05°,以确保高精度太阳直射辐射测量。B.1.5其他技术指标观测仪器的其他技术指标包括：a)具有高灵敏度线性响应特征，具体特征包括：1)测量设备在日晕模式(以太阳为中心的6°范围内观测)下，信噪比优于95dB;2)输出信号与可变增益的相关系数优于0.99。b)具有大范围环境温度(-30℃~60℃)适应能力，可在不同季节和不同区域开展测量。B.2仪器使用B.2.1场站选择气溶胶光学厚度观测场站的选择需要满足以下条件：a)场站周边向外大视野需360°开阔，10°仰角范围内应没有明显的视野遮挡；b)场站所在地周围环境状况相对稳定，无强电磁干扰，周围有稳定可靠的电力供应和避雷设备。B.2.2仪器的安装与调试B.2.2.1安装调试说明仪器安装与调试参照用户手册的规定执行，并检验仪器各参数指标：a)工作电压满足设备运行需求；b)仪器时间与GPS时间差异小于2s;c)连接光学头和控制盒的数据线，弯折处与进光筒顶部齐平。对于长期观测，应定期检查a)～c)中各参数指标。8GB/T41535—2022B.2.2.2安装前检查工作安装前需检查仪器外观是否松动和损坏，检查各组件是否齐全。B.2.2.3仪器参数设置根据仪器使用说明，对仪器参数进行设置，包括但不限于日期、时间、国家代码、站号、仪器编号、当地经纬度参数等。B.2.2.4观测模式设置根据工作需要将仪器设置为手动或者自动模式。在设置为自动模式前，需再次检查日期、时间、国家代码、站号、仪器编号、当地经纬度等参数，确认无误后将手动模式变更为自动模式。B.2.2.5仪器拆卸先将仪器的自动观测模式更改为手动观测模式，然后将控制箱设置成待机状态，最后将各部件拆下，依次放入运输箱内，并用海绵、泡沫等保护好以确保运输安全。B.2.3数据采集B.2.3.1概述数据采集以远程无线自动采集为主，也可以手动采集。B.2.3.2手动采集观测应选择在晴朗无云的时刻进行，仪器应正对太阳。一般每日测量不少于3次，每次测量不少于10组，观测时间可选在卫星过境时刻前后半小时或每日的9:00、12:00、15:00。观测前后应进行暗电流测量，并记录天气状况。设置仪器开启自动观测模式，每隔3min～15min执行太阳直射辐射测量，并自动保存观测数据。通过串口线将数据导入电脑。B.2.4仪器标定B.2.4.1概述仪器初次使用前可采用Langley定标方法或传递定标方法进行校准。长时间使用时，宜每隔6个月对观测设备进行校准；偶尔使用时，需在使用前对观测设备进行校准。定标需在有相关资质的单位进行，以保证仪器的观测精度。进行仪器标定时，可参照以下规则：a)至少使用10组定标结果进行平均处理，减少随机误差；b)多组定标结果的变异系数(标准差/均值)需满足以下标准：1)可见光至近红外波段的变异系数小于0.5%;2)紫外波段的变异系数小于2%。c)在一个时间段观测气溶胶后，可计算观测前定标系数与观测后定标系数，按时间轴进行线性插值，得到每个观测时刻新的定标系数，进行气溶胶光学厚度再计算。B.2.4.2Langley定标方法在大气相对稳定情况下，假设大气总光学厚度不随时间发生变化，在不同大气质量数变动的情况下9对太阳直射辐射进行一系列测量，通过直线外插方式得到大气质量数为0时的信号值，即为仪器的定标系数。需要强调的是，Langley定标方法对场地环境和大气条件有十分严格的要求，一般选择在远离人类活动的高海拔火山岛(海拔大于2000m),且选择在特别清洁的天气条件下进行。在同一地点，天空晴朗无云时刻进行观测，相同时刻两台仪器(中心波长差异很小，忽略不计)得到的气溶胶光学厚度应一致，则两台仪器同时获得的观测之比应等于两者仪器定标系数之比。用于标定的仪器定标系数由B.2.4.2中的Langley定标获得。开展传递定标时的注意事项包括：a)传递定标应保证不同仪器时间差小于3s;b)传递定标应选择中午时段(11:00～14:00)的观测数据进行定标系数计算。B.3数据处理与质量控制B.3.1数据处理根据B.2.4中的仪器定标方法所获得的定标系数，将原始数据处理为气溶胶光学厚度和其他反演产品。B.3.2数据质量控制B.3.2.1温度效应校准利用温度控制箱，测量各波段温度校正系数，校准测量信号到室温(25℃)信号值。不具备温度控制箱设施时，按照以下系数校准观测信号：a)1020nm波段温度校准系数为0.002337;b)其余波段温度校准系数为0。按照以下5个步骤剔除云污染数据。a)数据质量检查：剔除气溶胶光学厚度小于0和大气质量数大于5的观测结果。b)3次联测稳定性检查：首先剔除3次联测气溶胶光学厚度中最大值与最小值之差大于0.02的观测结果，其次剔除3次联测气溶胶光学厚度中最大值与最小值之差大于3次平均值0.03倍的观测结果。c)日观测连续性检查：一天内500nm处大气溶胶光学厚度的标准差小于0.015时，执行步骤e),否则执行步骤d)。d)日连续观测平滑性检查：1)计算一天内气溶胶光学厚度值随时间的二次差分值均方根D;2)若D大于16,剔除对D贡献最大的一组数据，然后对剩余数据重新计算D;当剩余数据个数大于3,若D仍大于16,剔除该天所有观测数据。e)3倍标准差检查：计算一天内500nm气溶胶光学厚度的平均值和标准差，剔除与平均值差异大于3倍标准差的观测数据。结合专家经验和卫星云图进行数据检视，剔除异常观测数据。B.3.2.4数据等级经过定标、温度效应校准、云污染数据剔除和专家判识，气溶胶光学厚度数据划分为6个等级，如表B.1气溶胶光学厚度地面测量数据分级表级别描述手动测量模式下，计算得到的气溶胶光学厚度数据自动观测模式下，剔除3次联测信号误差>16%的气溶胶光学厚度数据在L1.0基础上进行定标系数插值得到的气溶胶光学厚度数据在L1.0基础上剔除云污染数据后的气溶胶光学厚度数据在L1.1基础上剔除云污染数据后的气溶胶光学厚度数据在L1.6基础上，通过专家判识筛选后的气溶胶光学厚度数据(资料性)气溶胶光学厚度遥感产品真实性检验报告样例表C.1给出了检验报告信息简表的参考样例，内容以直接检验法为例，同时也填写了间接检验法的特征描述供参考。表C.1气溶胶光学厚度遥感产品检验报告信息简表样例待检遥感产品特征描述产品名称北京地区高分气溶胶光学厚度遥感产品产品类型●数值型○类别型数据来源(传感器)GF-1/WFV地理参考(椭球体、投影方式)WGS84、UTM投影光谱范围(nm)空间分辨率获取时间(YYYY-MM-DD,HH-MM-SS)2019-01-01至空间覆盖范围经度(°′”)东经115°25'05”至纬度(°’”)北纬39°26'08”至41°03'11”时间分辨率产品