基于GPS实测数据对MODIS遥感水汽反演的校正方法

摘要

作为一种重要的温室气体,水汽在地球的能量交换和水循环中发挥着重要的作用.高精度的水汽反演在大气校正、降雨和天气灾害预测以及全球气候变化监测等方面都十分必要.目前,通道比值法是近红外遥感中最常用的一种水汽反演方法.在中分辨率传感器MODIS(Moderate-resolution Imaging Spectroradiometer)的水汽反演中,通道比值法主要是基于水汽吸收波段(波段中心位于0.905、0.936和0.940μm)和大气窗口波段(波段中心位于0.865和1.240μm)的水汽吸收程度的差别.然而传统的反演算法在地表阴影区域和能见度较低的环境下的反演精度较低,有时反演误差高达10％以上.为了得到高覆盖度和高精度的水汽分布数据,本文提出了一种基于GPS地面实测数据校正MODIS遥感水汽反演的新方法.跟传统的利用MODTRAN模拟数据建立查找表的反演方法不同的是,本文建立了GPS可降水汽PWV(Precipitable Water Vapor)与MODIS通道比值之间的经验指数模型,利用最小二乘法计算得到模型系数,如此,就可以减少由地表反射率和气溶胶造成的反演误差.通过对算法的验证发现,原始的MOD05PWV与GPS PWV的相关系数为0.902,校正后的MODIS PWV与GPS PWV具有更好的一致性,相关系数为0.939.在均方根误差(RMSE)和平均偏差(Mean Bias)方面也有改进,MOD05PWV与PWV的RMSE与平均偏差分别为0.485cm和-0.161cm,而GPS校正后的MODIS PWV与GPS PWV的两种误差评价指标分别为0.370cm和-0.004cm.由此可见,这种校正方法可以更好地反演大规模高精度的水汽.