典型陆表稳定目标热红外辐射特性分析及适用性评估

典型陆表稳定目标热红外辐射特性分析及适用性评估 An Analysis on Thermal Infrared Radiation Characteristics of Typical Land Surface Stable Target and Its Applicability Assessments 1 2 first-author 杨治纬，， 研究方向为热红外遥感。E-mail： yangzhiwei19@mails.ucas.ac.cn 杨治纬，， 研究方向为热红外遥感。E-mail： yangzhiwei19@mails.ucas.ac.cn yangzhiwei19@mails.ucas.ac.cn 1 corresp 高彩霞，，研究方向定标与真实性检验，热红外定量遥感。E-mail： gaocaixia@aoe.ac.cn 高彩霞，，研究方向定标与真实性检验，热红外定量遥感。E-mail： gaocaixia@aoe.ac.cn gaocaixia@aoe.ac.cn 1 1 1 1 中国科学院空天信息创新研究院 中国科学院定量遥感信息技术重点实验室,北京 100094 中国科学院空天信息创新研究院 中国科学院定量遥感信息技术重点实验室,北京 100094 Chinese Academy of Sciences Key Laboratory of Quantitative Remote Sensing Information Technology, Chinese Academy of Sciences, Aerospace Information Research Institute, Beijing 100094, China Chinese Academy of Sciences Key Laboratory of Quantitative Remote Sensing Information Technology, Chinese Academy of Sciences, Aerospace Information Research Institute, Beijing 100094, China 中国科学院大学 光电学院,北京 100049 中国科学院大学 光电学院,北京 100049 College of Optoelectronics, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China College of Optoelectronics, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China 以地面稳定目标为参考的网络化定标技术已经成为国际定标领域的研究热点。它利用多次观测的方式减小独立测量不确定性，不仅可极大提升定标校验频次，还可有效提高总体定标精度。基于此，本文利用长时间序列Aqua/MODIS和Landsat8/TIRS热红外数据，对国际卫星对地观测委员会定标与真实性检验组 6个伪不变定标场、敦煌定标场以及格尔木大灶火地区的地表热辐射及大气特性进行了系统性分析，建立了热红外陆表稳定目标甄选标准，即空间亮温标准差低于0.3 K，发射率时间变异系数低于2%，旨在甄选适用于热红外载荷网络化定标的陆表参考目标，以支持热红外载荷在轨辐射定标精度的提升。结果表明：在1 km空间尺度下满足甄选标准的区域分别为：Libya1_1km、Libya4_1km、Algeria3_1km、Algeria5_1km、Mauritania1_1km、Mauritania2_1km、敦煌_1km及格尔木_1km，其中，Libya4_1km面积最大，为75 km <math id="M1"><mo>×</mo></math> http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=25273278&type= http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=25273277&type= 1.52400005 2.28600001 75 km；格尔木_1km面积最小，为3 km <math id="M2"><mo>×</mo></math> http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=25273278&type= http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=25273277&type= 1.52400005 2.28600001 3 km；对于100 m空间尺度，在Libya1_1km、Mauritania1_1km、Mauritania2_1km以及敦煌_1km共甄选出7个满足阈值的区域，最大面积为30 km <math id="M3"><mo>×</mo></math> http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=25273278&type= http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=25273277&type= 1.52400005 2.28600001 30 km，最小面积为5 km <math id="M4"><mo>×</mo></math> http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=25273278&type= http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=25273277&type= 1.52400005 2.28600001 5 km；Libya1_1km、Mauritania1_1km、Mauritania2_1km以及敦煌_1km目标区域的空间均一性受空间尺度影响较小，适用于多种空间分辨率热红外载荷定标与真实性检验。 Networked calibration technology using the Earth surface with suitable characteristics as reference has become a hot topic in the international calibration field. It can reduce the uncertainty of independent measurement by means of multiple observations, so that the calibration frequency and accuracy could be effectively improved. In view of this, long-time series of Aqua / MODIS and Landsat8 / TIRS thermal infrared data are used to systematically analyze the surface thermal radiation and atmospheric characteristics of 8 targets, including six Pseudo Invariant Calibration Sites recommended by the Committee on Earth Observation Satellites (CEOS) Working Group on Calibration & Validation (WGCV), the Dunhuang site and Geermu Dazaohuo area, and meanwhile, a criterion for selecting land surface stable targets are proposed, namely, the spatial standard deviation of brightness temperature should be less than 0.3 K and the emissivity temporal variation coefficient should be less than 2%, so that land surface stable targets suitable for networked calibration of thermal infrared payloads could be selected for improving the in-orbit calibration accuracy of thermal infrared payloads.In order to analyze the applicability of each target area at different spatial resolution, the spatial uniformity and temporal stability was evaluated at 1 km spatial resolution by using MODIS / MYD02_1KM and MODIS / MYD21 thermal infrared data, and obtained the uniform and stable area; On this basis, using Landsat8 thermal infrared data, the spatial uniformity was evaluated at 100m and 500m spatial resolution respectively, then the uniform and stable regions were obtained at 100m and 500m spatial resolution. In addition, to analyze the scale characteristics, this paper compared two brightness temperature SD at 500m spatial resolution with different features, one is original 500m, one is downscaled from 100m.The result shows that the areas meeting the selection criteria at 1 km spatial resolution are libya1_1km, Libya4_1km, Algeria3_1km, Algeria5_1km, Mauritania1_1km, Mauritania2_1km, Dunhuang_1km and Geermu_1km. Among them, Libya4_1km has the largest area of 75 km×75 km, Geermu_1km has the smallest area of 3 km×3 km. At 100 m spatial resolution, seven regions are selected further from Libya_1km, Mauritania1_1km, Mauritania2_1km and Dunhuang_1km. Among them, the maximum area is 30 km×30 km and the minimum area is 5 km×5 km. In addition, it is found that the spatial uniformity of Libya1_ 1km, Mauritania1_ 1km, Mauritania2_ 1km and Dunhuang_1km is not sensitive to the spatial scale, which shows that those areas are suitable for the in-orbit calibration of thermal infrared payloads at various spatial resolutions. 热红外 空间异质性 时间稳定性 MODIS Landsat8 ECMWF Thermal infrared Spatial heterogeneity Time stability MODIS Landsat8 ECMWF 1　引 言 1 高精度的载荷定标是保证热红外载荷获取数据精准性、稳定性的关键一环。除星上搭载黑体外，以地面为参照目标的场地替代定标和交叉定标是开展热红外载荷在轨定标及载荷辐射性能长期稳定性监测的重要手段，也是目前国际定标领域研究热点（高彩霞等 ，2010； 李元等 ，2009 李元等 ，2009 ）。当前，热红外载荷场地替代定标的参考目标通常选取发射率接近1的大面积内陆水体（ 张勇等 ，2016 张勇等 ，2016 ），例如我国的青海湖以及美国的加利福尼亚州的太浩湖（Lake Tahoe）等。然而，湖泊区域全年晴空天数较少，且不少湖泊存在较长的冰冻期，无法满足高频次遥感定标需求（ 郑小兵 ，2014 郑小兵 ，2014 ）。与场地定标技术相比，交叉辐射定标无需建立地面校正场就可进行多遥感器卫星数据之间的标定。其优点是定标成本较低，可以实现高频次、多遥感器间的辐射定标，且不易受天气等条件的制约。交叉辐射定标已经成为传统发射前定标和场地定标的有益补充，成为目前确保星载传感器获取高精度观测辐射值的最有效方法之一（高彩霞等 ，2010）。2005年世界气象组织和气象卫星协调组织发起国际计划“全球天基交叉定标系统”（Global Space-based Inter-Calibration System，GSICS），旨在通过对国际业务运行的极轨和静止轨道卫星载荷进行交叉定标，将它们统一到通用参考标准上，确保不同卫星部门管理的不同传感器在不同时间和位置进行的卫星观测具有可比性（Mitchell等 ，2007）。GSICS采取星下点（simultaneous nadir overpass， SNO）的方式，要求严格的时空谱角匹配，以消除因时空谱角多观测要素差异带来的目标热辐射差异，导致交叉匹配点集中在地球两极，目标种类单一，满足匹配条件的观测数据往往仅占总量的0.1%。因此，在全球范围内甄选具备不同下垫面、不同大气类型的热红外载荷在轨定标的地面参考目标，增加定标样本，是进一步提升热红外载荷在轨辐射精度的关键。 国际上，为了实现航天光学遥感载荷辐射定标场地资源共享，国际卫星对地观测委员会（Committee on Earth Observation Satellites， CEOS）定标与验证工作组（Working Group on Calibration and Validation， WGCV）选择了49个陆地辐射定标场地纳入其合作框架，统称为CEOS参考标准测试场，并经过近10年的大量数据分析，CEOS/WGCV确定了6个伪不变场（Pseudo Invariant Calibration Sites，PICS），即Algeria3，Algeria5，Libya1，Libya4，Mauritania1、Mauritania2。这些PICS均分布在非洲沙漠地区，在可见-近红外谱段-短波红外，其场地均一性优于3%，时间稳定性为2-3%，已被用于Terra/Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer （MODIS）、Earth Observing Satellite One （EO-1）/Advanced Land Imager （ALI）、Sentinel 2A/Multi Spectral Instrument （MSI）、NPP/Visible Infrared Imaging Radiometer Suite （VIIRS）等可见光-近红外谱段光学载荷辐射定标及辐射性能稳定性评估（ Wu等 ，2010 Wu等 ，2010 ； Gyanesh等 ，2010 Gyanesh等 ，2010 ； Neigh等 ，2016 Neigh等 ，2016 ； Barsi等 ，2018 Barsi等 ，2018 ），以及开展遥感器之间的交叉验证。此外，2001年我国建成敦煌辐射定标场，并于2008年被纳入CEOS陆地辐射定标场，主要用于高分、资源、风云（FY）等系列卫星载荷可见-近红外谱段-短波红外光学载荷的辐射定标。由于CEOS 6个PICS以及我国敦煌辐射定标场甄选初衷是面向可见光-近红外谱段遥感载荷定标，它们对于热红外载荷辐射定标的适用性还有待进一步的分析和论证。基于此，本文利用长时间序列的Aqua/MODIS、Landsat8/TIRS热红外数据以及欧洲中期天气预报中心（European Centre for Medium-Range Weather Forecasts，ECMWF）大气再分析数据（Reanalysis v5，ERA5），对CEOS/PICS、敦煌辐射定标场以及格尔木大灶火的地表热辐射及大气特性进行系统性分析，探讨其作为红外载荷定标场的可行性，并给出每个研究区域对于热红外载荷辐射定标的适用性，以支持热红外载荷在轨辐射定标研究。 2　目标区域及数据描述 1 2.1　目标区域介绍 2 20世纪90年代开始，国际上开展了大量PICS甄选与特性分析研究，通过对近15年的地表、空间、光谱、双向反射分布函数（Bidirectional Reflectance Distribution Function， BRDF）以及大气稳定等特性分析，进行了PICS的筛选。2008年在美国召开的CEOS可见光红外定标技术工作组（Infrared Visible Optical Sensors，IVOS）会议上，CEOS发布了6个PICS。这 6个PICS均位于撒哈拉沙漠，分别为Algeria3、Algeria5、Libya1、Libya4、Mauritania1及Mauritania2，各个辐射定标场的中心位置、面积大小如 表1 表1 所示。这6个PICS的下垫面均为复合沙丘，且地表光谱特性非常稳定，在可见光到近红外的谱段（400-2500 nm）空间均一性与时间稳定性均优于3%（Cédric等 ，2019； Cosnefroy等 ，1996 Cosnefroy等 ，1996 ； Taeyoung等 ，2014 Taeyoung等 ，2014 ），气候干燥，大气通透性良好。CEOS/PICS 场已被广泛用于美国Aqua、Terra、Landsat及EO-1和NOAA及法国SPOT和POLDER等多颗卫星的反射谱段光学遥感载荷辐射定标验证和辐射特性稳定性分析，以及遥感载荷之间的交叉定标（ Li等 ，2014 Li等 ，2014 ； Neigh等 ，2016 Neigh等 ，2016 ； Barsi等 ，2018 Barsi等 ，2018 ）。 场地名称 经度/° 纬度/° 无云数据（MODIS） 无云数据（Landsat8） 区域面积/km 2 Libya1 13.35 24.42 582 32 50 <math id="M5"><mo>×</mo></math> http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=25273620&type= http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=25273619&type= 1.35466671 2.03200006 50 Libya4 23.39 28.55 587 36 75 <math id="M6"><mo>×</mo></math> http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=25273620&type= http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=25273619&type= 1.35466671 2.03200006 75 Algeria3 7.66 30.32 542 33 75 <math id="M7"><mo>×</mo></math> http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=25273620&type= http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=25273619&type= 1.35466671 2.03200006 75 Algeria5 2.23 31.02 542 31 75 <math id="M8"><mo>×</mo></math> http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=25273620&type= http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=25273619&type= 1.35466671 2.03200006 75 Mauritania1 -9.30 19.40 523 27 50 <math id="M9"><mo>×</mo></math> http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=25273620&type= http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=25273619&type= 1.35466671 2.03200006 50 Mauritania2 -8.78 20.85 520 28 75 <math id="M10"><mo>×</mo></math> http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=25273620&type= http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=25273619&type= 1.35466671 2.03200006 75 敦煌 94.25 40.14 411 26 40 <math id="M11"><mo>×</mo></math> http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=25273620&type= http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=25273619&type= 1.35466671 2.03200006 30 格尔木大灶火 94.19 36.43 152 25 10 <math id="M12"><mo>×</mo></math> http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=25273620&type= http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=25273619&type= 1.35466671 2.03200006 10 作为我国可见光-短波红外光学载荷辐射定标的主要场地，敦煌辐射定标场，场地面积约为40 km <math id="M13"><mo>×</mo></math> http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=25273413&type= http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=25273412&type= 1.77800000 2.62466669 30 km，整个区域较为平坦，场地地物覆盖度单一且稳定，主要由混合的粘土砂砾等构成；其地表光谱特性稳定，在可见光到近红外谱段场地的空间均一性与时间稳定性分别优于2%和3%（ 傅俏燕等 ，2006 傅俏燕等 ，2006 ； He等 ，1997 He等 ，1997 ），已支持高分、资源、风云（FY）等系列卫星载荷的长期业务化定标工作。此外，何灵莉等人在我国西北地区进行了PICS场地甄选，确定了位于格尔木市中心西部60 km处均匀区域，其地表类型为沙地，场地面积大小为10 km <math id="M14"><mo>×</mo></math> http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=25273413&type= http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=25273412&type= 1.77800000 2.62466669 10 km（何灵莉 ，2019）。 2.2　数据介绍 2 （1）　Aqua/MODIS卫星数据 3 Aqua/MODIS具备1~2 d对地观测一次的能力，拥有36个中等分辨率（0.25~1 <math id="M15"><mi>μ</mi><mi>m</mi></math> http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=25273312&type= http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=25273311&type= 4.65666676 3.38666677 ）的光谱通道，光谱范围为0.4~14 <math id="M16"><mi>μ</mi><mi>m</mi></math> http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=25273312&type= http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=25273311&type= 4.65666676 3.38666677 ，热红外通道有8个。本文选用2018-2020年空间分辨率为1 km 的MYD02_1KM辐亮度数据，进行辐射定标场空间均一性的评价。在此基础上，本文选用2018-2020年空间分辨率为1 km 的MYD21地表发射率产品以分析目标发射率时间稳定性。该产品由温度与发射率分离算法（Temperature and Emissivity Separation method，TES）生产（Hu Tian等 ，2019），其反演的地表发射率考虑了观测天顶角的影响，MODIS 29通道发射率随观测角度变化可达0.038，相对的，MODIS 31与32通道的变化均小于0.01（ García-Santos V等 ，2015 García-Santos V等 ，2015 ）； MODIS 29通道对下垫面为裸地的反演精度约为0.03，相比之下，MODIS 31、32通道的反演精度优于0.015（ Glynn等 ，2012 Glynn等 ，2012 ）。综合考虑观测角度效应以及反演精度等因素，本文仅选用MODIS 31、32通道发射率数据分析地表的时间稳定性。此外，本文还选用了MYD03地理格网数据以及MYD35云掩膜数据，进行无云数据筛选及数据裁剪与重采样等预处理工作。 （2）　Landsat8/TIRS卫星数据 3 Landsat8/TIRS回访周期为16d，光谱范围为10.60~12.51 <math id="M17"><mi>μ</mi><mi>m</mi></math> http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=25273312&type= http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=25273311&type= 4.65666676 3.38666677 ，拥有两个热红外通道，分别为10通道（10.9 <math id="M18"><mi>μ</mi><mi>m</mi></math> http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=25273312&type= http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=25273311&type= 4.65666676 3.38666677 ）以及11通道（12 <math id="M19"><mi>μ</mi><mi>m</mi></math> http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=25273312&type= http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=25273311&type= 4.65666676 3.38666677 ），空间分辨率为100m。本文选用2018-2020年Landsat8/TIRS 第10通道的影像，以分析不同空间尺度下目标空间均一性变化。 1,2,3; （3）　ECMWF大气数据 3 ECMWF ERA5为最新一代再分析数据，ERA5数据集能够提供从1979年至今大量的大气参数、地表参数以及海表面参数数据，其空间分辨率为0.25°、时间分辨率为1 h。本文从ERA5数据集提取2018-2020年各场云量（Total cloud cover，TCC）、水汽（Total column water vapour ，TCWV）、及臭氧（Ozone，O 3 ）等大气参数。此外，由于ERA5数据集中没有气溶胶光学厚度（Aerosol Optical Depth，AOD）这一数据，本文从ECMWF CAMS global reanalysis data（EAC4）数据集提取了2018-2020年各场AOD数据，其空间分辨率为0.75°，时间分辨率为3h，以支持对各场地大气AOD、O 3 、TCWV、TCC含量、季节性效应以及年变化量的分析。 3　多尺度目标热辐射特性评价方法 1 本文采用多尺度均一目标评价方法对稳定目标热辐射的空间均一性以及时间稳定性进行综合分析。首先，使用MYD21地表发射率数据对各个场地进行时间稳定性的分析；此外，为了降低地表温度和发射率分离过程中算法误差对均一性分析的影响，本文使用MYD02_1KM 大气表观辐亮度（Top of Atmosphere Radiance，TOA Radiance）进行空间均一性评价，甄选出时间变异系数（Coefficient of Variation， CV）优于2%以及亮温标准差（Standard Deviation，SD）优于0.3 K的区域。在此基础上，使用空间分辨率为100 m的Landsat8/TIRS TOA辐亮度数据，在空间分辨率为100 m以及500 m（由空间分辨率为100 m的Landsat 8/TIRS数据降采样而来）这两个空间尺度下对所筛选区域进行空间均一性分析，进一步甄选出满足空间亮温SD优于0.3 K的区域。最后，使用ERA5 数据集中TCWV、TCC、O 3 以及EAC4 数据集中AOD大气参数，对各场地以上大气参数的年变化量、月均值以及季节性效应进行综合分析。 3.1　数据预处理 2 为了避免云覆盖对热红外辐射特性评价结果的影响，本文使用MODIS MYD35云掩膜产品对MYD02_1KM与MYD21数据进行云检查，筛选出目标区域上空无云数据（Aqua MODIS以及Landsat8 TIRS无云数据量分别见 表2 表2 .1第三列及第四列）；由于MODIS影像会随着观测天顶角的增大而产生一定程度的畸变，为了消除这种畸变带来的影响，使用MODIS重投影工具（MODIS Reprojection Swath Tool，MRT Swath）以WGS-84为坐标系对目标区域内的MODIS无云数据进行裁剪与重投影，处理后的数据空间分辨率为1 km。此外，针对大气自身辐射及其消光效应对评价结果的影响，本文选用了ERA5再分析数据集中大气温湿度廓线，并采用线性插值的方法对相邻时刻的两个大气参数进行插值来获取卫星成像时刻的大气参数，利用MODTRAN5.2（Moderate resolution atmospheric Transmission model Version 5.2）大气辐射传输模型来开展Aqua MODIS和Landsat8 TIRS热红外数据的大气纠正，从而消除大气透过率和上行辐射的影响，获取离地辐射等效亮温，用于地表空间均一性分析。其中，气溶胶模型选用MODTRAN自带的“沙漠型”，大气模型根据卫星过境时间的不同选择“中纬度夏季型”或“中纬度冬季型”。对于空间分辨率为100 m的无云Landsat8 TIRS 10通道BOA数据进行降采样，得到空间分辨率为500 m的数据，进行空间尺度特性分析。 场地名称 2 经度/° 纬度/° 区域面积/km 2 Libya1_1km 13.35 2 24.12 50 <math id="M20"><mo>×</mo></math> http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=25273620&type= http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=25273619&type= 1.35466671 2.03200006 50 Libya4_1km 23.39 2 28.55 75 <math id="M21"><mo>×</mo></math> http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=25273620&type= http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=25273619&type= 1.35466671 2.03200006 75 Algeria3_1km 7.74 2 30.37 70 <math id="M22"><mo>×</mo></math> http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=25273620&type= http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=25273619&type= 1.35466671 2.03200006 70 Algeria5_1km 1.88 2 31.37 30 <math id="M23"><mo>×</mo></math> http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=25273620&type= http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=25273619&type= 1.35466671 2.03200006 30 Mauritania1_1km -9.20 2 19.60 50 <math id="M24"><mo>×</mo></math> http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=25273620&type= http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=25273619&type= 1.35466671 2.03200006 50 Mauritania2 _1km -8.63 2 20.70 50 <math id="M25"><mo>×</mo></math> http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=25273620&type= http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=25273619&type= 1.35466671 2.03200006 50 敦煌_1km 94.25 2 40.14 15 <math id="M26"><mo>×</mo></math> http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=25273620&type= http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=25273619&type= 1.35466671 2.03200006 15 格尔木_1km 94.31 2 36.63 3 <math id="M27"><mo>×</mo></math> http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=25273620&type= http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=25273619&type= 1.35466671 2.03200006 3 3.2　空间均一性分析 2 本文使用滑动窗口法进行目标空间均一性分析，计算过程如 图2 图2 所示；选取窗口大小对应空间范围为3 km <math id="M28"><mo>×</mo></math> http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=25273413&type= http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=25273412&type= 1.77800000 2.62466669 3 km，滑动步长为1 km，即当像元空间分辨率为1 km时，对应滑动窗口的大小为3 <math id="M29"><mo>×</mo></math> http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=25273413&type= http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=25273412&type= 1.77800000 2.62466669 3像元，滑动步长为1个像元；同时，计算滑动窗口内所有像元亮温SD，将该值赋予中心像元。通过对8个目标区域2018-2020年无云的Aqua MODIS以及Landsat8 TIRS 无云影像采用上述方法进行处理，得到不同空间分辨率下（1 km、500 m、100 m）的空间亮温SD影像。由于不同影像间的成像时间、卫星观测天顶角及地表的物理特性不同，导致在相同空间尺度下，同一目标的亮温SD在不同影像上可能出现较大的变化。因此，为了得到最可靠的空间亮温SD，对2018-2020年所有的空间亮温SD影像求平均，计算得到目标区域每个像元时间维度上亮温SD的平均值，并以此来表征地表的空间均一性。考虑到红外载荷高精度定标需求（1K-1.5K），并同时兼顾甄选目标区域面积，本文将亮温SD阈值设置为0.3 K。 3.3　发射率时间稳定性分析 2 地表发射率时间稳定性表征了一个采样点（如一个像素点）在整个时间序列中相对其发射率均值的异变程度。本文选用变异系数这一指标进行发射率时间稳定性评价，如 式1 式1 。 <math display="block" id="M30"><mi>C</mi><mi>V</mi><mo>=</mo><mn mathvariant="normal">100</mn><mo>×</mo><mfrac><mrow><mi>s</mi></mrow><mrow><mover><mrow><mi>x</mi></mrow><mo>¯</mo></mover></mrow></mfrac></math> http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=25273350&type= http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=25273349&type= 21.33600044 7.87400007 式中，s为长时间序列卫星影像目标像元发射率的标准差， <math id="M31"><mover><mrow><mi>x</mi></mrow><mo>¯</mo></mover></math> http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=25273352&type= http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=25273351&type= 1.69333339 3.21733332 为目标像元发射率的平均值。CV值与目标区域的变化程度成正比，CV的值越小则表示目标区域的时间稳定性越高。 国内外研究人员已经在可见光到近红外谱段使用时间CV进行了大量稳定区域筛选的工作：Gu等人基于SPOT HRV影像使用时间CV对La Crau场地的时间稳定性进行了分析，并以2%的阈值筛选出场地中最稳定的区域（ Gu，1990 Gu，1990 ）；Vincent等人基于时间跨度为25年的Landsat/TM影像，对位于土耳其的Tuz Gölü地区（北纬：38.5°，东经33.2°）的时间稳定性进行了分析，并以3%的阈值筛选出了330 m×770 m最优的区域（ Vincent等 ，2014 Vincent等 ，2014 ）；何灵莉等人使用MODIS MCD43C1 BRDF模型参数日产品对我国西北地区进行了时间稳定性的分析，并选用时间CV为 3%的阈值筛选时间稳定的区域（何灵莉 ，2019）。此外，考虑到MODIS MYD21产品的第31以及32通道发射率精度优于0.015（ Glynn等 ，2012 Glynn等 ，2012 ），以时间CV为2%作为阈值，进行目标区域时间稳定性的甄选。基于上述国内外研究人员设置的选场阈值，本文以时间CV为2%为阈值进行时间稳定性的甄选。 3.4　选场评价指标 2 具备空间均一性的目标区域不一定具备发射率时间稳定性（反之亦然），并且同一目标区域在不同的空间尺度下，其空间均一性可能有很大的变化（ Bannari等 ，2004 Bannari等 ，2004 ）。因此，本文综合考虑目标发射率时间稳定性、空间稳定性等因素，针对不同空间分辨率遥感载荷的适用性，提出了以下甄选标准： （1） 针对空间分辨率为1 km及以下的场地：基于空间分辨率为1 km的遥感数据，选取空间亮温SD小于0.3 K且时间CV小于2%的计算结果，筛选出研究区同时具备时空稳定性和空间均一性的场地； （2） 针对空间分辨率为100m及500m的场地：基于Landsat8/TIRS 遥感数据，选取在较高空间尺度（100 m、500 m）下空间亮温SD小于0.3 K的计算结果，筛选出较高空间尺度下具备空间均一性的场地。 4　目标热辐射特性及大气参数评价结果 1 4.1　目标热辐射特性评价结果及分析 2 根据3.1-3.3节的数据预处理及多级地表热辐射特性评价方法，本文对2018-2020年MODIS传感器获取的8个目标区域的MYD02_1KM和MYD21数据进行计算，得到其年均空间亮温SD与时间CV影像，如 图4 图4 、 图5 图5 所示。在1 km的空间尺度下，在MODIS 29 通道计算得到空间亮温SD要明显高于MODIS 31以及32通道；Liby4与Algeria3在MODIS 29、31及32通道的空间亮温SD均优于0.3 K，呈现出了较高的空间均一性。Libya1、Algeria5、Mauritania1与Mauritania2在MODIS 31以及32通道也有着较高的空间均一性，而在MODIS 29通道，Libya1南部及Mauritania2北部存在条带状高空间异质性区域，Algeria5与Mauritania1南部存在诸多圈状的高空间异质性区域；敦煌场中心沙地区域在MODIS 29、31及32通道下均呈现出较高的空间均一性，而其余区域的空间异质性较高。格尔木大灶火区域整体的空间异质性较高，仅存在一个3 km <math id="M32"><mo>×</mo></math> http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=25273413&type= http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=25273412&type= 1.77800000 2.62466669 3 km大小的区域空间亮温SD低于0.3 K。MODIS 32通道的时间CV在整体上优于MODIS 31通道；此外，满足空间稳定性阈值的区域与时间稳定性阈值的区域有着较大范围的重叠，但也存在一些差异。这表明在热红外谱段，具备空间均一性的区域不一定具备时间稳定的特性，也说明了同时进行空间均一性及时间稳定性场地评估的必要性。在MODIS 31通道下，Algeria5中部区域时间CV较高；格尔木大灶火南部及西北部区域的时间CV较高，且MODIS 32通道要高于31通道；此外，其余6个区域均具备较高的时间稳定性。 1;2;3;4;5;6;7;8; 1,2;3,4;5,6;7,8; 本文选用空间亮温SD 0.3 K以及时间CV 2%为阈值，进行热红外谱段辐射定标区域的初筛选，在8个目标区域中甄选出满足阈值的最大区域。初步甄选出的区域名称、中心坐标以及区域面积如 表2 表2 所示。在热红外谱段1 km的空间尺度下，6个PICS符合甄选标准的区域面积广阔，区域面积均大于30 km <math id="M33"><mo>×</mo></math> http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=25273413&type= http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=25273412&type= 1.77800000 2.62466669 30 km。格尔木大灶火整体的空间均一性较低，仅存在一块大小为3 km <math id="M34"><mo>×</mo></math> http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=25273413&type= http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=25273412&type= 1.77800000 2.62466669 3 km的区域同时满足甄选标准。 自然地物的含水量、地表温度及物质构成等物理因素会随着季节的变化而改变，即所谓的季节性效应。为综合性分析初步甄选出的Libya1_1km、Libya4_1km、Algeria3_1km、Algeria5_1km、Mauritania1_1km、Mauritania2_1km、敦煌_1km以及格尔木_1km区域空间均一性的季节性效应，本文统计了2018-2020年每个区域的空间亮温SD均值，绘制时间序列图，如 图6 图6 所示。结果表明：在热红外谱段，以上8个目标区域的空间均一性均呈现出一定的季节性效应，在秋冬两季要优于春夏两季。其中Mauritania1_1km、Mauritania2_1km、敦煌_1km以及格尔木_1km区域空间均一性的季节性效应较为明显：以MODIS 29通道为例，以上四个区域的空间亮温SD由不同季节导致的最大差异依次为：0.11 K、0.08 K、0.15 K和0.13 K。Libya1、Libya4、Algeria3以及Algeria5的空间均一性没有明显的季节性效应。各目标区域的空间均一性在MODIS不同的热红外通道呈现出了不同的特性：从整体上来看，各区域的空间均一性在MODIS 32以及31通道要优于MODIS 29通道，然而在空间均一性较低的观测影像上（多出现于夏季），29通道则要优于32以及32通道。这表明地表空间均一性在MODIS 29通道受环境因素影响要小于MODIS 31以及32通道，具备更好的稳定性。 1,2;3,4;5,6;7,8; 4.2　大气特性评价结果及分析 2 在场地替代及交叉定标中需要利用辐射传输模型来实现天基与地基观测之间的辐射传递，而在热红外8~14μm波段，影响辐射衰减最主要的大气因子为TCWV、O 3 及AOD（ 魏合理等 ，2014 魏合理等 ，2014 ）。因此，本文利用2018-2020年ERA5 TCWV、O 3 、TCC以及EAC4 AOD数据，分析其月均值、月10%分位值，月90%分位值及季节性变化，以定量分析各个场地大气参数的变化情况，其结果如 图7 图7 所示。图中红线为各个月份数据均值，紫色区域表示10%分位数到90%分位数。结果表明：如 图7（a） 图7（a） 所示，8个目标区域的TCC 月10%分位数均接近0（或为0），这保证了所有目标区域每个月都有无云影像；CEOS/PICS的TCC月90%分位数呈现出明显的季节性变化，其在7月份达到最低点，其中，Libya1、Lbya4以及Algeria3的TCC含量接近0，这也表明了PICS的年最佳观测时间窗口在夏季。相比之下，格尔木大灶火地区及敦煌辐射定标场的TCC月90%分位数值则全年接近1，无明显季节性变化。如 图7（b） 图7（b） 所示，8个目标区域的TCWV呈现出了相同的年变化趋势：在夏季达到最大值，在冬季达到最小值，这可能与各季节温度相关；格尔木大灶火地区的TCWV最小，表明该区域适用于水汽较为敏感的数据分析及真实性检验。如 图7 图7 （c）所示，各个目标区域的AOD年变化趋势相似，均在春或夏季节达到峰值。格尔木大灶火的AOD含量在所有目标区域中最低，除4、5月份外其AOD月均值均小于0.2，这可能与该区域的海拔高度较高有关；Mauritania1、Mauritania2以及敦煌定标场的AOD含量较高，敦煌辐射定标场的AOD 90%分位数达到了1，而Mauritania1与Mauritania2 的AOD月均值在6、7月份达到最大值（高于0.6）。如 图7 图7 （d）所示，所有目标区域大气O 3 含量季节性周期变化大约为均值的10%，这说明大气中O 3 含量比较稳定。Mauritania1、Mauritania2以及Libya1的大气O 3 含量在夏季较高，其余6个目标区域则在冬季达到峰值。 1,2,3,4;5;6;7;8;9,10,11,12;13;14;15;16;17,18,19,20;21;22;23;24;25;26;27;28;29;30;31;32; 4.3　多级分辨率地表均一性分析 2 为了进一步分析Libya1_1km、Libya4_1km、Algeria3_1km、Algeria5_1km、Mauritania1_1km、Mauritania2_1km、敦煌_1km及格尔木_1km在较高空间尺度下的空间均一性，本文选用3.2节介绍的空间均一性评价方法，对2018-2020年Landsat8 TIRS 10通道的影像数据进行计算，得到空间分辨率100 m及500 m下的空间亮温SD均值，如 图8 图8 所示。结果表明：与1 km空间尺度下的结果相比，Libya4_1km、Algeria3_1km、Algeria5_1km、格尔木_1km在100m以及500 m空间尺度下的空间异质性大幅增加；而Libya1_1km、Mauritania1_1km、Mauritania2_1km以及敦煌_1km在这两个空间尺度下依然有着较高的空间均一性。其中Libya4_1km、Algeria3_1km、Algeria5_1km、格尔木_1km在100 m空间尺度下整体的空间亮温SD较高，不存在满足甄选标准的区域；在500 m空间尺度下，仅Libya4_1km存在两块面积为5 km <math id="M35"><mo>×</mo></math> http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=25273678&type= http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=25273677&type= 1.77800000 2.62466669 5 km及6 km <math id="M36"><mo>×</mo></math> http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=25273678&type= http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=25273677&type= 1.77800000 2.62466669 6 km满足甄选阈值的区域。Libya1_1km、Mairutania1_1km、Mauritania2_1km及敦煌_1km整体空间亮温SD较低，在100 m及500 m空间尺度下满足标准的区域见 表3 表3 。 1,2,3,4;5,6,7,8;9,10,11,12;13,14,15,16; 场地名称 经度 纬度 面积大小/km 2 Libya1_100m_1 13.47 24.00 25 <math id="M37"><mo>×</mo></math> http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=25273620&type= http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=25273619&type= 1.35466671 2.03200006 25 Libya1_100m_2 13.51 24.20 12 <math id="M38"><mo>×</mo></math> http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=25273620&type= http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=25273619&type= 1.35466671 2.03200006 12 Mauritania1_100m -9.20 19.60 50 <math id="M39"><mo>×</mo></math> http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=25273620&type= http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=25273619&type= 1.35466671 2.03200006 50 Mauritania2_100m -8.75 20.46 6 <math id="M40"><mo>×</mo></math> http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=25273620&type= http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=25273619&type= 1.35466671 2.03200006 6 Mauritania2_100m -8.82 20.83 14 <math id="M41"><mo>×</mo></math> http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=25273620&type= http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=25273619&type= 1.35466671 2.03200006 14 场地名称 经度 纬度 面积大小/km 2 Mauritania2_100m -8.43 20.88 15 <math id="M42"><mo>×</mo></math> http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=25273620&type= http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=25273619&type= 1.35466671 2.03200006 15 敦煌_100m 94.24 40.20 5 <math id="M43"><mo>×</mo></math> http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=25273620&type= http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=25273619&type= 1.35466671 2.03200006 5 Libya1_500m_1 13.40 24.02 30 <math id="M44"><mo>×</mo></math> http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=25273620&type= http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=25273619&type= 1.35466671 2.03200006 30 Libya1_500m_2 13.43 24.20 15 <math id="M45"><mo>×</mo></math> http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=25273620&type= http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=25273619&type= 1.35466671 2.03200006 15 Libya4_500m_1 23.65 28.25 5 <math id="M46"><mo>×</mo></math> http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=25273620&type= http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=25273619&type= 1.35466671 2.03200006 5 Libya4_500m_1 23.63 28.80 6 <math id="M47"><mo>×</mo></math> http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=25273620&type= http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=25273619&type= 1.35466671 2.03200006 6 Mauritania1_500m -9.20 19.60 50 <math id="M48"><mo>×</mo></math> http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=25273620&type= http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=25273619&type= 1.35466671 2.03200006 50 Mauritania2_500m 20.15 -8.70 40 <math id="M49"><mo>×</mo></math> http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=25273620&type= http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=25273619&type= 1.35466671 2.03200006 40 敦煌_500m 94.25 40.18 10 <math id="M50"><mo>×</mo></math> http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=25273620&type= http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=25273619&type= 1.35466671 2.03200006 10 为了定量分析各目标区域空间亮温 SD随空间尺度的变化，本文将空间分辨率为100 m的空间亮温 SD影像降采样到500 m，并与原空间分辨率为500 m空间亮温SD影像做差，得到差值影像，该差值影像的百分比统计折线图如 图9 图9 所示。结果表明： Libya1_1km、Mauritania1_1km、Mauritania2_1km及敦煌_1km等区域由空间尺度导致的空间亮温SD变化较小，相比空间尺度500 m的亮温SD，以上四个区域100 m的亮温SD平均升高0.076 K、0.034 K、0.065 K以及0.050 K。相比之下，Libya4_1km、Algeria3_1km、Algeria5_1km及格尔木_1km等目标区域的空间亮温SD在100 m以及500 m这两个空间尺度上呈现出了较大的差异：亮温SD平均升高0.163 K、0.237 K、0.158 K与0.11 K。 1,2,3;4,5,6;7,8; 5　结论 1 本文使用3年时间跨度的MODIS MYD02_1KM TOA辐亮度、MODIS MYD21 发射率及Landsat8 TIRS TOA辐亮度数据，基于本文提出的多级空间分辨率地表热射特性评价方法，对CEOS/PICS、敦煌定标场及格尔木大灶火区域进行地表均一性及时间稳定性分析，并分别在1 km、500 m及100 m的空间尺度下，甄选出具备高空间均一且时间稳定的区域；同时对1 km空间尺度下初步甄选出的目标区间进行尺度特性及大气特性的分析，为高频次、高精度的热红外载荷定标和真实性检验提供支持。研究结果表明： （1）对于1 km的空间尺度，利用MODIS数据分析发现CEOS/PICS以及敦煌定标场在MODIS 29、31及32通道均具有较高的空间均一性，而格尔木大灶火整体的空间异质性较高。本文以空间亮温SD 0.3 K及时间CV 2%作为阈值，甄选出8个均匀区域，分别为Libya1_1km（50 km <math id="M51"><mo>×</mo></math> http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=25273678&type= http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=25273677&type= 1.77800000 2.62466669 50 km）、Libya4_1km（75 km <math id="M52"><mo>×</mo></math> http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=25273678&type= http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=25273677&type= 1.77800000 2.62466669 75 km）、Algeria3_1km（70 km <math id="M53"><mo>×</mo></math> http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=25273678&type= http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=25273677&type= 1.77800000 2.62466669 70 km）、Algeira5_1km（30 km <math id="M54"><mo>×</mo></math> http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=25273678&type= http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=25273677&type= 1.77800000 2.62466669 30 km）、Mauritania1_1km（30 km <math id="M55"><mo>×</mo></math> http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=25273678&type= http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=25273677&type= 1.77800000 2.62466669 30 km）、Mauritania2_1km（50 km <math id="M56"><mo>×</mo></math> http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=25273678&type= http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=25273677&type= 1.77800000 2.62466669 50 km）、敦煌_1km（15 km <math id="M57"><mo>×</mo></math> http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=25273678&type= http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=25273677&type= 1.77800000 2.62466669 15 km）及格尔木_1km（3 km <math id="M58"><mo>×</mo></math> http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=25273678&type= http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=25273677&type= 1.77800000 2.62466669 3 km）； （2）对于100 m的空间尺度，在Libya1_1km、Mauritania1_1km、Mauritania2_1km以及敦煌_1km研究区域的基础上，以空间亮温SD 0.3 K为阈值，利用Landsat8/TIRS数据甄选出7个均匀区域，分别为Libya1_100m_1（25 km <math id="M59"><mo>×</mo></math> http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=25273678&type= http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=25273677&type= 1.77800000 2.62466669 25 km）、Libya1_100m_1（12 km <math id="M60"><mo>×</mo></math> http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=25273678&type= http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=25273677&type= 1.77800000 2.62466669 12 km）、Mauritania1_100m（30 km <math id="M61"><mo>×</mo></math> http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=25273678&type= http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=25273677&type= 1.77800000 2.62466669 30 km）、Mauritania2_100m_1（6 km <math id="M62"><mo>×</mo></math> http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=25273678&type= http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=25273677&type= 1.77800000 2.62466669 6 km）、Mauritania2_100m_2（14 km <math id="M63"><mo>×</mo></math> http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=25273678&type= http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=25273677&type= 1.77800000 2.62466669 14 km）、Mauritania2_100m_3（15 km <math id="M64"><mo>×</mo></math> http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=25273678&type= http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=25273677&type= 1.77800000 2.62466669 15 km）、敦煌_100m（5 km <math id="M65"><mo>×</mo></math> http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=25273678&type= http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=25273677&type= 1.77800000 2.62466669 5 km）；Libya4_1km、Algeria31km、Algeria5_1km与格尔木_1km研究区域整体空间异质性较高，均不满足甄选阈值； （3）Libya4_1km、Algeria31km、Algeria5_1km与格尔木_ 1km的空间均一性受空间尺度影响较大，相比于空间尺度500 m的亮温 SD，空间尺度为100m的亮温 SD平均升高0.163 K、0.237 K、0.158 K与0.11 K；相比之下，Libya1_1km、Mauritania1_1km、Mauritania2_1km以及敦煌_1km目标区域的空间均一性受空间尺度影响较小，相比于空间尺度500m的亮温SD，100m的亮温SD平均升高0.076 K、0.034 K、0.065 K以及0.050 K，这说明其在1 km、500 m、100 m空间尺度下均具备较高的空间均一性，适用于多种空间分辨率热红外载荷定标与真实性检验； （4）Libya1及Libya4的云覆盖量较低，其云覆盖量均值在夏季接近于0；8个研究区域的TCWV及AOD呈现出了较为明显的季节性效应，TCWV在7或8月达到最大值，AOD则在夏季达到最大值；格尔木大灶火的TCWV及AOD含量最低，其TCWV月均值均小于0.25g/cm 2 ，AOD月均值均小0.25。 参考文献（References） Bacour C , Briottet X , Bréon F , Viallefont-Robinet F , Bouvet M . 2019 . Revisiting Pseudo Invariant Calibration Sites (PICS) Over Sand Deserts for Vicarious Calibration of Optical Imagers at 20 km and 100 km Scales . Remote Sensing , 11 ( 10 ): 1166 [ DOI: 10.3390/rs11101166 http://dx.doi.org/10.3390/rs11101166 ] Revisiting Pseudo Invariant Calibration Sites (PICS) Over Sand Deserts for Vicarious Calibration of Optical Imagers at 20 km and 100 km Scales Bannari A A , Omari K , Teillet P M , Fedosejevs G . 2004 . Multisensor and multiscale survey and characterization for radiometric spatial uniformity and temporal stability of Railroad Valley Playa (Nevada) test site used for optical sensor calibration . Proceedings of SPIE - The International Society for Optical Engineering , 5234 : 590 - 604 [ DOI: 10.1117/12.506864 http://dx.doi.org/10.1117/12.506864 ] Multisensor and multiscale survey and characterization for radiometric spatial uniformity and temporal stability of Railroad Valley Playa (Nevada) test site used for optical sensor calibration Barsi J A , Bahjat A , Jeffrey C M , Gascon F , Haque M , Kaewmanee M , Leigh L , Markham B A . 2018 . Sentinel-2A MSI and Landsat-8 OLI radiometric cross comparison over desert sites . European Journal of Remote Sensing , 51 ( 1 ): 822 - 837 [ DOI: 10.1080/2279725 4.2018.1507613 http://dx.doi.org/10.1080/22797254.2018.1507613 ] Sentinel-2A MSI and Landsat-8 OLI radiometric cross comparison over desert sites Cosnefroy H , Leroy M , Briottet X . 1996 . Selection and characterization of Saharan and Arabian desert sites for the calibration of optical satellite sensors . Remote Sensing of Environment , 58 ( 1 ): 101 - 114 [ DOI: 10.1016/ 0034-4257(95)00211-1 http://dx.doi.org/10.1016/0034-4257(95)00211-1 ] Selection and characterization of Saharan and Arabian desert sites for the calibration of optical satellite sensors Fu Q Y , Min X J , Li X C , Sha C M , Li X Y , Ma G Q , Pan Z Q , Guo Y , Li Q M , Liu G D . 2006 . In-flight Absolute Calibration of the CBERS-02 CCD Sensor at the Dunhuang Test Site . Journal of Remote Sensing , ( 04 ): 433 - 439 In-flight Absolute Calibration of the CBERS-02 CCD Sensor at the Dunhuang Test Site 傅俏燕 , 闵祥军 , 李杏朝 , 沙崇漠 , 李小英 , 马国强 , 潘志强 , 郭毅 , 李启明 , 刘国栋 . 2006 . 敦煌场地CBERS-02 CCD传感器在轨绝对辐射定标研究.遥感学报, (04): 433 - 439 敦煌场地CBERS-02 CCD传感器在轨绝对辐射定标研究.遥感学报, (04): Gao C X , Jiang X G , Ma L L , Huo H Y . 2013 . Review of radiometric cross-calibration . Arid Land Geography , 36 ( 01 ): 139 - 146 Review of radiometric cross-calibration 高彩霞 , 姜小光 , 马灵玲 , 霍红元 . 2013 . 传感器交叉辐射定标综述 . 干旱区地理 . 36 ( 01 ): 139 - 146 [ DOI: 10.13826/j.cnki.cn65-1103/x http://dx.doi.org/10.13826/j.cnki.cn65-1103/x . 传感器交叉辐射定标综述 2013 . 01 .004] 2013 García-Santos V , Coll C , Valor E , Caselles V . 2015 . Analyzing the anisotropy of thermal infrared emissivity over arid regions using a new MODIS land surface temperature and emissivity product (MOD21) . Remote Sensing of Environment , 169 : 212 - 221 [ DOI: 10.1016/j.rse.2015.07.031 http://dx.doi.org/10.1016/j.rse.2015.07.031 ] Analyzing the anisotropy of thermal infrared emissivity over arid regions using a new MODIS land surface temperature and emissivity product (MOD21) Glynn C . H, Christopher G.H, Simon J . H . 2012 . Quantifying uncertainties in land surface temperature and emissivity retrievals from ASTER and MODIS thermal infrared data. Journal of Geophysical Research : Atmospheres, 117(D 23 ) [ DOI: 10.1029/2012jd018506 http://dx.doi.org/10.1029/2012jd018506 ] H Goldberg M , Ohring G , Butler J , Cao C , Datla R , Doelling D , Gärtner V , Hewison T , Iacovazzi B , Kim D , Kurino T , Lafeuille J , Minnis P , Renaut D , Schmetz J , Tobin D , Wang L , Weng F , Wu X , Yu F , Zhang P , Zhu T . 2011 . The Global Space-Based Inter-Calibration System . Bulletin of the American Meteorological Society , 92 ( 4 ): 467 [ DOI: 10.1175/2010BAMS2967.1 http://dx.doi.org/10.1175/2010BAMS2967.1 ] The Global Space-Based Inter-Calibration System Gu X F , Guyot G , Verbrugghe M . 1990 . Analyse de la variabilite spatiale d'un site test. Exemple de la Crau (France), Photo-Interprétation . European Journal of Applied Remote Sensing , 1 ( 5 ): 39 - 52 [ DOI: https://hal.inrae.fr/hal-02711935 http://dx.doi.org/https://hal.inrae.fr/hal-02711935 ] Analyse de la variabilite spatiale d'un site test. Exemple de la Crau (France), Photo-Interprétation Gyanesh C , Xiao X , Taeyoung C , Amit A . 2010 . Monitoring on-orbit calibration stability of the Terra MODIS and Landsat 7 ETM+ sensors using pseudo-invariant test sites , Remote Sensing of Environment , 114 ( 4 ): 925 - 939 [ DOI: https://doi.org/10.1016/j.rse.2009.12.003 https://doi.org/10.1016/j.rse.2009.12.003 ] Monitoring on-orbit calibration stability of the Terra MODIS and Landsat 7 ETM+ sensors using pseudo-invariant test sites He J T , Lu Y H . 1997 . The Measurement and Evaluation of Bidirectional Reflectance Characteristics of Dunhuang Radiative Calibration Site . Journal of Remote Sensing , ( 04 ): 246 - 251 The Measurement and Evaluation of Bidirectional Reflectance Characteristics of Dunhuang Radiative Calibration Site 何积泰 , 陆亦怀 . 1997 . 敦煌辐射校正场方向反射特性测量与评价.遥感学报, (04): 246 - 251 敦煌辐射校正场方向反射特性测量与评价.遥感学报, (04): He L L . 2020 . Selection, Evaluation and Radiometric Calibration Application of Pseudo-Invariant Calibration Sites (PICS) in Northwest China . Beijing : Chinese Academy of Meteorological Sciences（何灵莉 .2020. 我国西北准不变定标场（PICS）的选取评价和辐射定标应用 . 中国气象科学研究院） [ DOI: 10.27631/d.cnki.gzqky.2020.000014 http://dx.doi.org/10.27631/d.cnki.gzqky.2020.000014 ] Selection, Evaluation and Radiometric Calibration Application of Pseudo-Invariant Calibration Sites (PICS) in Northwest China Hu T , Luigi J.R , Cao B , Albert I . J.M. van Dijk , Du Y M , Li H , Cheng J , Xu Z H , Zhou J , Liu Q H . 2019 . Directional variation in surface emissivity inferred from the MYD21 product and its influence on estimated surface upwelling longwave radiation . Remote Sensing of Environment , 228 : 45 - 60 [ DOI: 10.1016/j.rse.2019.04.0 http://dx.doi.org/10.1016/j.rse.2019.04.0 Directional variation in surface emissivity inferred from the MYD21 product and its influence on estimated surface upwelling longwave radiation 12 Li C , Xue Y , Liu Q , Guang J , He X , Zhang J , Wang T , Liu X . 2014 . Post calibration of channels 1 and 2 of long-term AVHRR data record based on SeaWiFS data and pseudo-invariant targets . Remote Sensing of Environment , 150 : 104 - 119 [ DOI: 10.1016/j.rse.2014.04.0 20 http://dx.doi.org/10.1016/j.rse.2014.04.020 ] Post calibration of channels 1 and 2 of long-term AVHRR data record based on SeaWiFS data and pseudo-invariant targets Li Y , Zhang Y , Liu J J , Rong Z G , Zhang L J , Zhang Y X . 2009 . Calibration of the Visible and Near-Infrared Channels of the FY-2C/FY-2D GEO Meteorological Satellite at Radiometric Site . Acta Optica Sinica , 29 ( 01 ): 41 - 46 Calibration of the Visible and Near-Infrared Channels of the FY-2C/FY-2D GEO Meteorological Satellite at Radiometric Site 李元 , 张勇 , 刘京晶 , 戎志国 , 张立军 , 张玉香 . 2009 风云二号静止气象卫星可见光通道辐射校正场定标方法研究 . 光学学报 , 2009 , 29 ( 01 ): 41 - 46 [ DOI: CNKI:SUN:GXXB.0.2009-01-009 http://dx.doi.org/CNKI:SUN:GXXB.0.2009-01-009 ] 2009 风云二号静止气象卫星可见光通道辐射校正场定标方法研究 Neigh C , Mccorkel J , Campbell P , Ong L , Ly V , Landis D , Middleton E . 2016 . Monitoring Orbital Precession of EO-1 Hyperion With Three Atmospheric Correction Models in the Libya-4 PICS . IEEE Geoscience and Remote Sensing Letters , 13 ( 12 ): 1797 - 1801 [ DOI: 10.11 09/LGRS.2016.2612539 http://dx.doi.org/10.1109/LGRS.2016.2612539 ] Monitoring Orbital Precession of EO-1 Hyperion With Three Atmospheric Correction Models in the Libya-4 PICS Taeyoung C , Xiong X X , Angal A . 2014 . Assessment of the spectral stability of Libya 4, Libya 1, and Mauritania 2 sites using Earth Observing One Hyperion . Journal of Applied Remote Sensing , 8 [ DOI: 10.1117/1.JRS.8.083 http://dx.doi.org/10.1117/1.JRS.8.083 Assessment of the spectral stability of Libya 4, Libya 1, and Mauritania 2 sites using Earth Observing One Hyperion 618 Vincent O , Nicholas H , Edward M . 2014 . Spatio-Temporal Assessment of Tuz Glü, Turkey as a Potential Radiometric Vicarious Calibration Site. Remote Sensing, 6 : 2494 - 2513 [ DOI:10.3390/rs6032494] Spatio-Temporal Assessment of Tuz Glü, Turkey as a Potential Radiometric Vicarious Calibration Site. Remote Sensing, Wei H L , Dai C M . 2014 . Research of atmospheric transfer correction in radiance measurement : atmospheric radiative transfer model and the analysis of key atmospheric parameters , 43 ( 03 ): 884 - 890 Research of atmospheric transfer correction in radiance measurement 魏合理 , 戴聪明 . 2014 . 辐射特性测量大气传输修正研究:大气辐射传输模式和关键大气参数分析 . 红外与激光工程 , 43 ( 03 ): 884 - 890 [ DOI: CNKI:SUN:HWYJ.0.2014 http://dx.doi.org/CNKI:SUN:HWYJ.0.2014 辐射特性测量大气传输修正研究:大气辐射传输模式和关键大气参数分析 - 03 - 039 ] Wu A , Angal A , Xiong J , Cao C . 2010 . Using CEOS reference standard test sites to track the calibration stability of NOAA-19 AVHRR reflective solar channels . Proceedings of Spie the International Society for Optical Engineering , 7826 : 782621- 782621 - 10 [ DOI: 10. 1117/12.864601 http://dx.doi.org/10.1117/12.864601 ] Using CEOS reference standard test sites to track the calibration stability of NOAA-19 AVHRR reflective solar channels Zheng X B . 2014 . Some Respects for Development of Radiometric Calibration Techniques for Optical Remote Sensing Satellites , 9 ( 01 ): 2 - 8 Some Respects for Development of Radiometric Calibration Techniques for Optical Remote Sensing Satellites 郑小兵 . 2014 . 发展光学遥感卫星辐射定标技术的几点思考 . 大气与环境光学学报 , 9 ( 01 ): 2 - 8 [ DOI: j.issn.1673-6141.2014.01.001 http://dx.doi.org/j.issn.1673-6141.2014.01.001 ] 发展光学遥感卫星辐射定标技术的几点思考 Zhang Y , Rong Z G , Min M . 2016 . Calibration Methods for Thermal Infrared Channels Accuracy Evaluations of the CRCS In-orbit Field Radiometric . ADVANCES IN EARTH SCIENCE , 31 ( 02 ): 171 - 179 Calibration Methods for Thermal Infrared Channels Accuracy Evaluations of the CRCS In-orbit Field Radiometric 张勇 , 戎志国 , 闵敏 . 2016 . 中国遥感卫星辐射校正场热红外通道在轨场地辐射定标方法精度评估 . 地球科学展 , 31 ( 02 ): 171 - 179 [ DOI: 10.11867 /j.issn:1001-8166. 2016.02.0171 http://dx.doi.org/10.11867/j.issn:1001-8166.2016.02.0171 ] 中国遥感卫星辐射校正场热红外通道在轨场地辐射定标方法精度评估 10.11834/jrs.20221791 TP702 A 杨治纬，高彩霞，邱实，马灵玲，钱永刚，赵永光.XXXX.典型陆表稳定目标热红外辐射特性分析及适用性评估.遥感学报，XX（XX）： 1-14 杨治纬，高彩霞，邱实，马灵玲，钱永刚，赵永光.XXXX.典型陆表稳定目标热红外辐射特性分析及适用性评估.遥感学报，XX（XX）： 1-14 Yang Zhiwei，Gao Caixia，Qiu Shi，Ma Lingling，Qian Yonggang，Zhao Yongguang. XXXX. An Analysis on Thermal Infrared Radiation Characteristics of Typical Land Surface Stable Target and Its Applicability Assessments. National Remote Sensing Bulletin， XX（XX）：1-14 Yang Zhiwei，Gao Caixia，Qiu Shi，Ma Lingling，Qian Yonggang，Zhao Yongguang. XXXX. An Analysis on Thermal Infrared Radiation Characteristics of Typical Land Surface Stable Target and Its Applicability Assessments. National Remote Sensing Bulletin， XX（XX）：1-14 国家重点研发计划资助（2018YFB0504800，2018YFB0504804） Supported by Supported by National Natural Science Foundation of China (No. 2018YFB0504800) 2022-03-22 遥感学报