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海水表面温度(SST)是一个关于全球海气系统的重要参数,在海气交换、上层海水流动和天气预报的研究中发挥着重要的作用。传统的SST数据主要是通过船只,浮标以及近岸观测平台来测量。相对于这些传统的测量手段,卫星SST产品由于具有提供大面积地区的综合观测的能力而被广泛应用。各种卫星传感器,例如高级甚高分辨率扫描辐射计(AVHRR),中等分辨率成像光谱仪(MODIS)、高级沿轨道扫描辐射计(ATSR)和地球观测系统先进微波扫描辐射计(AMSR-E),都可以提供长时间序列的经过质量控制的SST数据产品。由于传感器特性的限制,红外遥感的SST和微波遥感的SST产品在时空完整性、精度和空间分辨率上都有不同特点,而且两类SST产品在时空完整性和空间分辨率方面具有很好的互补性,评价这些数据的时空完整性和精度,并融合这些产品以生成时空完整的、满足一定精度要求的产品对于SST遥感产品在海气相互作用研究中的应用具有重要意义。
本文选取了4 km空间分辨率的AVHRR SST周产品数据(1985-2006年)、4km空间分辨率的MODIS SST周产品数据(2002-2007年)和25 km分辨率的AMSR-E SST每天产品数据(2002-2007年)开展研究。研究区域包括30°E~180°和30°S~45°N之间的印度洋和西太平洋海域。通过统计各SST产品中问题像元比例来评价其时空完整性,结果表明:AVHRRSST的问题像元比例一般为25%~40%,而本文所用Best SST约为0.0015%,MODIS SST在15%~25%之间,AMSR-E SST为12%。通过利用各种浮标测量得到的SST数据和卫星SST数据进行比较,评价卫星数据的精度。由于不同的卫星SST数据代表深度不同,需要选择对应深度的实测数据进行验证,AVHRR SST周产品利用代表1米深度SST的TAO观测的SST数据进行验证,MODIS SST数据和AMSR-E SST数据与代表0.2~0.3米深度的漂流浮标数据进行验证,验证的结果用平均偏差和均方根误差表示。结果显示AVHRR、MODIS白天/夜间和AMSR-E SST数据的平均偏差biases分别是-0.0763K、0.101834K/-0.03531K和-0.02296K;RMSE分别是0.26874K、0.46367K/0.45628K和0.63423K。
在数据评价基础上,本文利用贝叶斯分层模型(BHM)进行了热红外的MODIS SST周产品数据和主动微波的AMSR-E SST周产品的融合实验。其中AMSR-E SST周产品通过对每天的AMSR-E SST产品按照每周平均得到。对结果的评价表明,融合结果在空间完整性方面好于融合前的数据;利用漂流浮标数据对融合后数据精度评价的结果表明,融合后数据的平均偏差bias是0.32118K,RMSE是0.8026K。