国家标准 GB/T14914.5一2021 海洋观测规范第5部分卫星遥感观测 Thespeeifieationformarineobservation- Part5:sateliteremotesemstingobsermatiom 2021-12-31发布 2022-07-01实施国家市场监督管理总局发布国家标涯花管理委员会国家标准
GB/T14914.5一2021 目次前言引言范围规范性引用文件术语和定义 -般规定海表温度数据要求与处理 5. 5.2 数据对选择 5.3值域校验 5.4产品制作海洋气象要素 G.1大气水汽 6.2海面风场海洋动力要素 7.1有效波高(含巨浪) 7.2地转流海面高度观测卫星数据要求与预处理 8.1 数据处理 8.2 8.3值域校验产品制作 1C 8.4 lC 海洋自然灾害 10 9.1海冰 9.2风暴潮漫滩 2 13 9.3海雾 15 附录A资料性遥感反演参考算法 15 A1多通道海表温度反演算法 A Shepard插值算法 A.3海面动力高度计算 16 A.！地转流计算 16 A.5风场反演算法 l7 A.6大气水汽含量反演算法 18 A.7无线电探空数据处理流程 18 19 A.8白天海雾识别方法
GB/T14914.52021 A.9夜晚海雾识别方法 20 附录B(规范性海冰分类与专题图制作 21 B1海冰密集度(参照wMO标准 21 B2海冰类型 21 25 参考文献
GB/T14914.5一2021 前言本文件按照GB/T1.1一2020<标准化工作导则第1部分;标准化文件的结构和起草规则》的规定起草本文件是GB/T14914《海洋观测规范》的第5部分 GB/T14914已经发布了以下部分: 第1部分:总则 -第2部分:海滨观测 -第3部分:浮标潜标观测: -第4部分:岸基雷达观测; 第5部分:卫星遥感观测; 第6部分:数据处理与质量控制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自然资源部提出本文件由全国海洋标准化技术委员会(SAC/TC283)归口本文件起草单位;国家卫星海祥应用中心,自然资源部第一海洋研究所、自然资源部第二海洋研究所,国家海洋标准计量中心本文件主要起草人蒋兴伟,邹亚荣,贾永君、曾韬,黄磊、邹巨洪、张毅、任广波,郝增周,奚萌袁玲玲 M
GB/T14914.52021 引言随着海洋观测技术的发展,我国的观测手段由传统的海滨观测,逐步发展到浮标潜标观测雷达观测、航空观测和卫星遥感观测等多种观测手段,初步形成了星-空-地一体的海洋立体观测网为适应海洋观测发展的需求,规范海洋观测活动,贯彻《海洋观测预报管理条例>国务院615号令),将《海滨观测规范GB/T14914一2006)修订为《海洋观测规范》《海洋观测规范》包括总则、海滨观测、浮标潜标观测、岸基雷达观测、卫星遥感观测、数据处理和质量控制,其中海滨观测为修订部分,其余5个部分为新增部分 GB/T14914《海洋观测规范拟由6个部分组成第1部分;总则目的在于规定海洋观测的观测原则,观测内容,质量控制等第2部分海滨观测目的在于规定海滨观测的项目及时次,技术要求等第3部分;浮标潜标观测目的在于规定浮标、海洋潜标和表层漂流浮标等观测项目等方面的技术要求第4部分;岸基雷达观测目的在于规定岸基雷达观测的观测项目及时次、一般规定、观测方法及要求、资料处理和电磁辐射防护等内容第5部分;卫星遥感观测目的在于规定海表温度、,海洋气象要素,海洋动力要素,海洋自然灾害、海面高度的观测内容和方法 -第6部分;数据处理与质量控制目的在于规定海滨、浮标,岸基雷达和卫星遥感等观测数据处理和质量控制的一般要求,流程内容和方法等 GBy/T14914.5是利用遥感技术开展海洋环境要素的观测针对海洋观测-卫星遥感观测需求总结多年卫星遥感观测海祥环境经验,为提高相关行业卫星逼感海洋观测应用规范化,并更好地发挥卫星遥感技术在防灾诚灾和生态保护等领域的作用特制定本文件 IN
GB/T14914.5一2021 海洋观测规范第5部分:卫星遥感观测范围本文件规定了海表温度、海洋气象要素、海洋动力要素,海面高度、海洋自然灾害的卫星遥感观测内容与方法本文件适用于我国海洋卫星观测领域相应要素的业务化观测和防灾减灾工作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/T352232017地面气象观测规范气象能见度术语和定义下列术语和定义适用于本文件 3.1 海面高度seasurfaeeheight;SSH 海表面相对于参考椭球面的距离 3.2 雷达高度计radaraltimmeter 通过向海面垂直发射尖脉冲,并接收返回脉冲的信号的遥感传感器注星载高度计系统包括星下点指向雷达,定轨系统、数据处理系统等根据雷达发射和接收脉冲的时间间隔可以确定卫星到海面的距离;根据返回脉冲的波形可以确定有效波高和海面风速 3.3 有效波高significantwaveheight 实际波高按一定规则统计的值一定观测范围,某时间段内,计算前1/3大波的平均值注海面波浪由各种不同波高、不同周期,不同传播方向的多种波的无规则组合,因此一个波浪的波高值不具有代表性有效波高计算一段时间内的1/3大波的平均值 3.4 微波散射计 micrOwaveScatterOmeter 用于测量面(或)体散射特性的雷达,专门为测量海面风场而设计的一种后向散射雷达注:微波散射计通过测量经海面风场调制的海面后向散射系数可间接测量海面风矢量使用卫星携带的散射计可获得全天候,高分辨率的全球海洋近表面风资料 3.5 海面风场seasurfacewindfieds 海面风矢量的空间分布
GB/T14914.52021 注，通常情况下,遥感所得海而风场定义为海面10m高处的风速与风向,风速单位为米每秒(m/s),风向单位为度('),海洋学定义正北方向为0",沿顺时针方向增大 3.6 mierowaveradioeer 微波辐射计测量地球表面和大气辐射的被动遥感传感器 3.7 海表温度seasurfacetemperature;SST 海面表层海水冷热程度的物理量注:海水表面到0.5m深处之间的海水温度卫星遥感反演海温为海面表层温度,，一般用符号SST表示 3.8 地转流ge0strophiecurrent 忽略海面风和海水湍动摩擦力作用,由海水密度分布不均匀所产生的水平压强梯度力与水平地转偏向力平衡时的海流 3.9 大气水汽atmsphericwatervapor 大气柱中垂直积分总气态水含量注:区别于气象中的相对湿度,表示大气中水汽的含量而不是大气中能包含的最大水汽量当以线性单位测量时它是水汽液化后均匀分布在单位大气柱中的高度(毫米mm),当以密度单位表示时,它是单位面积内从地球表面到大气顶层垂直柱中水蒸气的质量 3.10 海冰seaice 所有在海上出现的冰通称海冰,除由海水直接冻结而成的冰外,它还包括来源于陆地的河冰,湖冰和冰川冰 [来源:GB/T19721.3一2017,3.1] 3.11 inundation 漫滩stormsurge 风暴潮过程淹没海岸线以上陆地 3.12 海雾seafog 海洋上低层大气中的一种水汽凝结或凝华现象,大量微小水滴或冰晶悬浮于近地面大气中且常呈乳白色,海面水平能见度小于1.0kim 一般规定观测人员应掌握海洋遥感观测所需的专业基础知识、常用遥感软件使用及仪器设备操作技能海表温度 5.1数据要求与处理 5.1.1现场数据要求与处理主要对现场数据的处理,主要内容为: 利用装载在调查船、商船或其他船只上的测温仪器(走航温盐仪、CID等)对海表温度进行观测 bb 利用海洋资料浮标和漂流浮标对海表温度进行观测
GB/T14914.5一2021 现场数据应完备,能够采用常用软件正常读取 e d 现场实测数据采用HIDF(HierarchicalDataFormat)数据格式或NetCDFnetworkCommon DataForm)数据格式存储,可为遥感观测所用读取现场实测数据中的时间、经度、纬度、标志信息、海表温度计数值 e 剔除现场实测数据中包括质量标识差、时间不合法、经纬度超出范围等的无效数据 f 根据海表温度计数值、比例尺和偏移量计算海表温度 g 卫星数据与预处理 5.1.2 5.1.2.1 红外辐射计海表温度数据采用红外牺射计提取海温信息,目前常用的国内外卫星及传感器见表1 表1常用的红外辐射计国内外卫星及传感器卫星名称传感器 Terra/Aqua MODS(MODerate-resolutionlmagingSpectroradiometer NOAA系列 AVHIRR(AdanclVeryHHighReolutonRadiometer) HY-1系列 COCTs(ChineseOceanColorandTemperatureScanner SuomiNPP VIIRS(VisibleinfraredlmagingRadiometer) FY -3系列中分辨率成像光谐仪 AANTSR 先进的跟踪扫描辐射计红外遥感在无云的状态下能够提供可靠的全球海表温度数据,不受太阳高度角和海面风速的影响，但它受云、气溶胶和水汽影响显著算法见附录A中的A.1 主要观测步骤: 观测频次:每日1一2次; a bb) 赤道空间分辨率为1km、4km或9km[(1/96)",(1/24)"或(1/12) 星载红外辐射计12级沿轨数据,数据完备,能够正常读取; 星载红外辐射计数据采用HDF数据格式或NetCDF数据格式存储 d 读取星载红外辐射计L2级数据中的时间、经度,纬度、标志信息、空间分辨率,海表温度计数值.比例尺和偏移量; 根据标志信息剔除受云、气溶胶和降雨影响的观测点 fD g 根据现场海表温度计数值、比例尺和偏移量计算海表温度 5.1.2.2微波辐射计海表温度数据采用微波辐射计提取海温信息,目前常用的国内外卫星及传感器见表2 表2常用的微波辐射计国内外卫星及传感器卫星名称传感器 GCOMW1 AMSR2(AdvancedMiecrowaveScanningRadiometer2 Coriolis WindSat HIY-2系列扫描微波辐射计 FY-3系列微波成像仪
GB/T14914.52021 主要观测步骤为: 观测频次;每日1~2次; 赤道空间分辨率为25km[(1/4)]; bb c 星载微波辐射计L2级沿轨数据,数据完备,能够正常读取 d 星载微波辐射计数据采用HDF数据格式或NetCDF数据格式存储读取星载微波辐射计I2级数据中的时间、经度、纬度、标志信息、空间分辨率,海表温度计数值,比例尺和偏移量根据标志信息剔除受陆地降雨和海冰影响的观测点; fD 根据现场海表温度计数值、比例尺和偏移量计算海表温度 g 5.2数据对选择建模的数据量是选取符合数据匹配时间窗为3h,红外辐射计数据距离窗为1km、4km或9km [[(1/96)°,(1/24)"或(1/12)],微波辐射计数据距离窗为25km[(1/4)]的所有数据对 5.3值域校验以船测和浮标观测等实测海表温度数据为参考,对辐射计海表温度产品进行检验数据匹配时间窗为3h,红外辐射计数据距离窗为1km、4km或9km[(1/96)?,(1/24)"或(1/12)];微波辐射计数据匹配时间窗为0.5h,距离窗为50km(1/2)",计算辐射计数据与实测数据海表温度均方根误差辐射计数据与实测数据海表温度均方根误差应小于1.0C 海表温度范围为-2.5CGB/T14914.5一2021 星载微波辐射计数据采用HF数据格式存储 d 现场调查资料(探空气球). 6.1.2观测方法与数据处理星载微波辐射计大气水汽含量数据产品为L2级产品,观测频次每日不少于一次观测步骤为读取星载微波辐射计I2级HDF数据中的时间、经度、纬度、标志信息、大气水汽含量计数值、 a 比例因子和偏移量; 根据标志信息剔除受陆地影响、降雨影响,海冰影响载荷和定标、反演等质量标识的观测点;选 b 取I2级数据中的陆地标识、降雨标识和海冰标识,在同一观测面元,三者同时有效时,此观测面元的数据可用，一项及以上为1,则剔除此点观测，根据产品中海上大气水汽含量的范围、计数值和偏移量按式(1)计算大气水汽含量大气水汽含量=计数值×比例因子十偏移量值域校验 6.1.3 大气水汽含量反演的结果与现场探空气球观测结果进行对比分析,以现场实测探空数据为参考,对大气水汽含量产品进行检验数据匹配时间窗为小于1h,距离窗为小于50km,依据不同分辨率的载荷不同,剔除离岸距离一个像元以上的数据,计算大气水汽含量的均方根误差利用现场观测数据与卫星观测数据进行比对计算均方根误差,微波辐射计观测大气水汽含量精度优于2kg/m',大气水汽含量有效观测范围为0kg/m'~70kg/m' 6.1.4产品制作 6.1.4.1数据集数据集为HDF或NC格式,文件命名参考海洋卫星地面系统微波扫描辐射计L2B级数据产品命名规则,数据内容包括头文件和数据 6.1.4.2专题图专题图存储为通用标准jpg或bmp格式通过双线性插值对数据集进行网格化处理,网格分辨率不小于25km;数据产品要求具有一定的自描述性,说明文件应对空间分辨率、卫星名称、传感器名称、轨道编号等信息进行描述;利用软件绘制大气水汽含量日平均、周平均、月平均和年平均分布图;大气水汽含量专题图显示范围为0kg/m70kg/m 6.2海面风场数据要求与预处理 6.2.1.1现场数据要求与处理海面风场现场观测数据主要包括船测数据和浮标数据船测数据 a 由船载气象站等设备观测到的海面风速与风向数据,要求转换到海面10m高风速与风向转换公式为式(2). w.(10)=[ln(10/s/In(cm/z]×W.(cm 式中: -常数,取值1.52×10-m: 之
GB/T14914.52021 -风速测量的高度,单位为米(m); 之m w.(10 -10m高风速,单位为米每秒(m/s); W.,(c 高度测得的风速,单位为米每秒(m/s) 之m D)浮标数据由浮标观测到的海面风速与风向数据,要求转换到海面10m高风速与风向,转换方式与船测转换方式相同 6.2.1.2卫星数据与预处理 6.2.1.2.1微波散射计海面风场反演常用卫星微波散射计(见表3),主要包括HY-2散射计L2B级数据产品和AsCAT 散射计L2级数据产品,空间分辨率为25km×25km,提供频次不少于1次/d. 主要观测要求为 HHY-2散射计采用L2B级数据产品,HDF5格式,ASCAT散射计L2级数据产品,NetCDF a 格式 bb 空间分辨率为25km×25km: c 海面风速:均方根误差优于2m/s;风向:均方根误差优于20'; d)海面风场提供频次不少于1次/d. 表3常用卫星微波散射计表卫星名称传感器名发射时间刘幅宽度观测频次序号分辨率 HY-2A HSCAT 2011.08 25km 1700km >1次/d HY-2B HSCAT 2018.10 25km 1700km >l次/d METOPA ASCAT 2006.10 25km 500km×2 >1次/d METOPB ACAT 2012.09 25km 500km×2 >l次/d 0sCAT-2 2016.09 1840ktm ScatSat-l 25km 2次/d CFOSAT CSCAT 2019.10 12.5km 1000km >1次/d 6.2.1.2.2合成孔径雷达(SyntheticApertureRadar,SAR) 主要精度指标为空间分辨率:1km5km: a 海面风速精度优于2m/s; bb 海面风向精度;优于20", c ) 人射角在20"50"之间 6.2.2观测方法和数据处理 6.2.2.1散射计微波散射计海面风场数据处理将沿轨存储的微波散射计数据产品经过网格化,时空统计和风场分布图制作等处理,生成网格化的海面风场数据产品日、周、月、季、半年和年平均结果和风场分布图等,主要流程如下网格化处理 a 通过时空插值方法对沿轨海面风场数据进行网格化处理,得到25km×25km网格化风场
GB/T14914.5一2021 数据 b 提取结果统计基于时间序列提取结果,利用统计平均方法计算出风场的日、周、月、季、半年和年平均结果制作风场分布图利用绘图软件绘制风场的日、周、月、季、半年和年平均结果,绘制包含16个风向玫瑰统计图 6.2.2.2合成孔径雷达(SAR) 基于SAR影像数据进行海面风场反演的基本流程,具体如下数据预处理 a 对SAR影像进行儿何纠正、,噪声抑制、辐射定标,利用海陆掩膜数据,将影像中的陆地和海洋区分开来等处理 b)风场反演根据地球物理模型函数,利用风场单元的初始风向、观测方位角、人射角等信息,以风速为变量,获取与风场单元的NRCS最接近的模型值,此时的风速即为反演结果,见A.5 6.2.3值域校验风场反演的结果与其他风场数据源进行对比分析,主要包括微波散射计风场,浮标观测风场以及数值预报模式风场,在一定的时间和空间窗口内将SAR反演风场与上述三种风场的配对与微波散射计观测风场和数值预报模式风场配对时应尽可能选择时间差较小的数据(小于3h),与浮标数据配对时取时间匹配窗日为30mm.空间匹配窗口为25km,即当sAR测量时间与浮标测量时间小于或等于 30min,空间距离小于或等于25km时,则认为SAR与浮标测量结果为同步观测在此基础上验证风场反演结果的正确性,计算SAR风场产品风速均方根误差,给出风场反演的精度 6.2.4产品制作 6.2.4.1数据集散射计数据集为HDF或NC格式,文件命名参考海洋卫星地面系统散射计12B级数据产品命名规则,数据内容包括头文件和数据 SAR数据集为几何纠正数据文件命名参考高分三号卫星2级产品命名规则,数据内容包括头文件和数据 6.2.4.2专题图专题图存储为通用标准pg或bmp格式根据风场反演的结果,绘制海面风场产品图,用箭头的方向表示风向,用分辨单元的颜色差异来表示风速大小,配以色度条标识风速以便对照 SAR海面风场产品要求具有一定的自描述性,说明文件对海面风场的空间分辨率,卫星名称、传感器名称,轨道编号等信息进行描述,数据文件本身应包含海面分辨单元的经纬度、风速、风向、原始数据质量标识、风场产品质量标识等信息海洋动力要素 7.1有效波高(含巨浪 7.1.1卫星数据要求获取卫星雷达高度计二级GDR(GeophysicalDataRecord,地球物理资料)数据产品
GB/T14914.52021 卫星数据要求如下: 星载卫星雷达高度计L2级GDR沿轨数据,数据完备,能够正常读取 aa 星载卫星雷达高度计数据采用NetCDF数据存储格式 bb 融合产品需要获取现场调查资料船测和浮标等) c 7.1.2数据读取读取卫星雷达高度计二级GDR数据产品中时间、经度、纬度、有效波高等信息 7.1.3值域校验读取数据产品中的标记位、校正项及数据编辑标准对数据进行检验有效波高检验方法:0mm<有效波高<12m范围内有效巨浪检验方法:4000mmGB/T14914.5一2021 -5000mm<海洋潮汐<十5000mm; g b) 000mm<固体地球潮<十1000nmm; 150mm<极潮之+150mm; 一有效波高<1100o j mm mm; kk 7dB后向散射系数<30dB s<10m高海面风速<30m/s; 0m/s -0.2°<偏离星下点指向角<0.64"; m 后向散射系数均方根误差一1.0dB; n 后向散射系数有效测量个数>10 0 =0或l; 地表面类型为海洋,湖泊或封闭海;surfaee_type- p 非降雨条件下观测数据:rain_lag= a =0; 非冰上观测数据;ie_lag=0, 海面高度SSH:一140.000mSSH<100.000m; Ku波段20Hz测距标准偏差;range_rmms_ku0.2m Ku波段20Hz测距可用观测点数range_numvalLku>10 u Ku波段有效波高swhku<1lm; V u30dB; w》K波段后向散射系数7GB/T14914.52021 数据要求为: a)星载卫星雷达高度计L2级GDR沿轨数据,数据完备,能够正常读取星载卫星雷达高度计数据采用NetCDF数据存储格式 bb 8.2数据处理读取卫星雷达高度计L2级GDR数据中的时间、经度、纬度、测距值、轨道高度值及各测距修正量等信息利用卫星雷达高度计测距及大气干对流层、大气湿对流层、电离层、海况偏差等修正项计算海面高度数据基于网格化方法,计算得到统一参考面下的网格化海面高度处理步骤为: 雷达高度计每一观测点海面高度sSH可根据其直接观测量和相关模型计算得到[见式(3)] aa SSH=S一R十习e 3 式中轨道高度; 高度计测量距离 -不同的测距修正量 e b)基于时空客观分析法和反距离加权法分别开展卫星高度计海面高度融合 8.3值域校验读取数据产品中的标记位、校正项及数据编辑标准对数据进行检验值域校验见7.2.3 8.4产品制作利用有效的网格化算法,生成网格化巨浪数据,并利用软件绘制波高分布图主要绘制步骤如下: 通过Shepard算法将有效波高数据进行网格化处理网格分辨率不小于20' Shepard插值 a 算法见A.2 b 利用软件绘制巨浪日平均、周平均、月平均和年平均分布图海洋自然灾害 9.1海冰 g.1.1现场数据要求与预处理具体的要求与内容为: 海冰现场观测数据主要包括人工观测及岸基雷达数据 a b)对现场观测数据要求记录海冰类型、海冰厚度、海冰密集度及观测点的时间和位置 9.1.2卫星数据要求与预处理对所获取的卫星数据分辨率、产品级别、获取频次及定位精度要求分别如下分辨率;优于1kms aa bb 产品级别;经辐射校正和地理校正后的卫星数据产品; 频次:每日1次 C d)定位精度:小于2个像素 l0
GB/T14914.5一2021 9.1.3海冰信息提取算法 9.1.3.1基于光学卫星数据采用不同的方法进行海冰信息提取目视解译法 a 根据自定义的区域大小,进行海冰密集度和类型判读,参考标准见附录B. b 像元统计法适用范围;分辨率较高(<100m)卫星遥感资料依据冰水在可见光波段的光谱特征设置阔值区分海冰和海水.将区分得到的冰水结果,投影到规定的格网区域,统计每个格网区域的海冰像元所占比例,获得密集度信息临界值算法适用范围;分辨率较低(250m~l000m)卫星遥感资料分辨率较低卫星一般包含纯冰像元、纯水像元和冰水混合像元.设某个冰水混合区域像元所对应区域的密集度为C,计算见式(4): ×100% -先式中: 像元反射率值 A 纯冰的反射率值; A -纯水的反射率值 9.1.3.2基于合成孔径雷达(SAR)数据采用不同的方法进行海冰信息提取目视解译法 aa 根据自定义的区域大小,进行海冰密集度和类型判读,参考标准见B.1、B.2 像元统计法 b 利用多极化数据中同极化数据的比值(VV/HH),可有效区分海冰和海水,将区分得到的海冰和海水结果,投影到规定的格网区域,统计每个格网区域的海冰像元所占比例,获得密集度结果分布范围 9.1.4 依据海冰影像特征,利用地理信息系统软件绘制海冰覆盖区域,并利用地理信息统计功能获取海冰分布范围 9.1.5冰情图以海冰影像为背景,利用地理信息系统软件将海冰按不同纹理特征划分成若干区域,分别依照附录B 判读指定区域中的海冰密集度、海冰类型冰情编码格式: 参考格式1:Ct/(CaCbCc)Cd/So(SaSbSe)SdSe/FaFbFc 参考格式2:Ct/CaCbCc/SaSbSc/FaFbFc 参考格式3: 11
GB/T14914.52021 Ct Cd Sb SdsSe So Sa Sc Fa Fb Fc C;海冰密集度 S;海冰发展阶段 F;海冰冰型尺度编码格式中各符号含义 Ct:海冰总体密集度;Ca;厚海冰(Sa)密集度;Cb:较厚海冰(Sb)密集度;Cc:薄海冰(Sc)密集度; Cd;较薄海冰(Sd)密集度具体取值见B.2 So;最厚海冰阶段/类型;Sa;厚海冰阶段/类型;Sb:较厚海冰阶段/类型;Se;薄海冰阶段/类型;Sd/ Se:较薄海冰阶段/类型具体编码见B2. Fa、Fb,Fc分别对应Sa、Sb,Sc海冰阶段的冰型尺度大小,具体编码见B2 9.1.6检验海冰密集度及海冰类型的验证利用现场观测手段获取的海冰参数进行对比验证,海冰外缘线的验证采用相近时段获取的其他卫星数据进行交叉验证 9.1.7产品制作 9.1.7.1数据集光学与SAR遥感数据集为Tf格式,文件命名参考海冰遥感监测产品命名规则,数据内容包括头文件和数据 9.1.7.2专题图专题图存储为通用标准pg或bmp格式利用地理信息系统软件导人海冰密集度信息、海冰覆盖区域图及海冰冰情解译信息分别叠加基础地理背景信息后,经效果渲染、图幅整饰后导出海冰密集度、海冰覆盖范围和海冰冰情专题图专题图要求给出专题图标题,基础地理信息及海冰专题要素图示图例、卫星数据来源、卫星成像时间坐标系、制作单位等信息 9.2风暴潮漫滩 9.2.1数据要求与预处理按以下方式对卫星遥感图像与现场观测数据进行处理 a 利用卫星遥感图像数据开展风暴潮漫滩监测,包括高分辨率光学卫星遥感图像、中分辨率光学卫星遥感图像和合成孔径雷达(SAR)遥感图像数据,数据量宜覆盖整个监测区域,数据能够正常读取; 遥感图像正射校正中误差不超过2个像素; 高分辨率光学卫星遥感图像空间分辨率宜优于5m,中分辨率光学卫星遥感图像数据空间分 c 12
GB/T14914.5一2021 辨率宜选取在5m30m范围内,SAR遥感图像数据空间分辨率宜选取在3m50m范围内; 卫星遥感图像数据格式采用Geotif或者通用遥感影像处理软件可以读取的格式 d 现场调查资料,包括风暴潮漫滩现场踏勘验证资料和沿岸视频监视资料; e D 调查监测区的大比例尺基础地理底图和土地覆盖/土地利用专题图 g.2.2观测方法和数据处理基于遥感技术提取风暴潮漫滩范围,具体要求如下: 开展遥感图像数据的正射校正和镶嵌处理 a b)开展多光谱和全色遥感图像的融合,必要时开展光学图像和SAR图像的融合; c 基于高分辨率光学和SAR图像数据,利用地理信息系统软件人机交互提取风暴潮漫滩范围 d应用多时相遥感图像,分析风暴潮前后海岸带地物的变化,为灾害损失评估和救灾工作部署提供基础地理资料 9.2.3检验应用现场踏勘和视频资料进行风暴潮漫滩范围卫星遥感提取精度检验,以验证样区提取正确的像元数量占验证样区像元总数量的百分比作为提取精度 9.2.4质量控制对原始数据、处理数据等开展质量检查,包括原始遥感图像应包括卫星名称,传感器类型、覆盖范围、时相、,云判等级等信息 a 正射校正产品应包括数学基础、空间分辨率,定位精度等信息; b 镶嵌图像产品应包括接边精度、空间分辨率,色彩一致性等信息; c d)开展数据完整性、一致性、正确性、歧义性检查; 开展规范性审查,包括文件名、数据格式、元数据等信息 e 9.2.5产品制作 9.2.5.1数据集光学与sAR遥感数据集为Tf格式,文件命名参考遥感监测产品命名规则,数据内容包括头文件和数据 9.2.5.2专题图专题图存储为通用标准pg或bmp格式利用地理信息系统软件导人风暴潮漫滩范围信息、叠加基础地理信息要素,图幅整饰后导出风暴潮漫滩专题图专题图要求给出专题图名称、专题要素图式图例、卫星数据来源、卫星成像时间、坐标系、比例尺、经纬度 9.3海雾 9.3.1卫星数据要求与预处理采用的海雾遥感监测数据源来自极轨卫星平台和静止轨道卫星平台数据要求如下 a 由卫星探测仪器接收的遥感监测数据应经过规范的卫星数据预处理,采用卫星轨道数据预处理后的LlB级数据,以HDF格式存储,包含地面观测点经纬度、卫星观测时间、观测的反射率 13
GB/T14914.52021 和等效亮温等信息 b)极轨卫星观测一天两次:白天和夜晚各一次;静止卫星观测频次达每小时一次使用的观测波长,波段均为上述卫星探测仪器所完全或部分持有 c 9.3.2观测方法和数据处理 9.3.2.1白天海雾的识别对于极轨卫星,例如HY1,探测仪器包含多个可见光、近红外、短波红外通道、中红外和热红外通道对于静止卫星,例如FY2.MTsAT,探测仪器包含1个可见光、短波红外和2个热红外通道白天海雾灾害的监测判识算法见A.8 9.3.2.2夜晚海雾的识别对于极轨卫星,例如HY1,采用探测仪器上的1个短波红外通道和2个热红外通道,主要是根据海雾在短波红外与热红外通道辐射亮温差的独特特性,结合雾顶亮温图像分布特征进行监测识别夜晚海雾灾害的监测判识算法见A.9 9.3.3真实性检验 9.3.3.1 现场实测 -2017的规定以岸基,岛屿和船只等为平台,测量海面气象能见度测量方法按照GB/T35223 进行 9.3.3.2检验分析采用不同方法进行检验: 以多个岸基、岛屿和船只等平台测量的海面气象能见度为实测数据,根据海雾定义,利用能见 a 度小于1km的测量站点数据,对卫星监测结果进行单点和多点检验 b)以沿海站点的探空资料为测量数据,根据海雾发生时近地面层的温湿廓线分布判断逆温层结的存在,对卫星监测结果进行单点或多点分析检验; 通过相近时段内,不同卫星的监测结果相互辅助比对检验,并对监测结果进行质量控制 9.3.4产品制作 g.3.4.1数据集数据集为HDF格式,文件命名(SAT_YYYYMIMDDHIHMM_2B_FOG.HDF),数据内容包括头文件说明和数据头文件说明包括卫星名称、传感器名称产品名称、制作单位,海雾产品投影方式,最大最小经纬度、经向和纬向分辨率、行列数等信息,数据包含分辨单元的经纬度、时间、海雾产品标识等信息 9.3.4.2专题图专题图存储为通用标准\P格式包括单时次监测产品专题图和多时次监测合成专题图单时次监测产品专题图,文件命名形式为SAT_YYYYMMDDHHMM_2B_FOG.BMP,图中标注海雾产品的空间分辨率、海雾标识色标、卫星名称、传感器名称、时间和单位等信息多时次监测合成专题图,文件命名形式为SAT_YYYYMMIDDHHIMMTOYYYYMMDDHHIMM_3A_FO(G.IBMP,利用软件绘制多时次监测合成分布图,并添加标题,图中标注卫星,传感器、陆地掩膜,海雾标识色标,时间范围、经纬度坐标、单位等信息 14
GB/T14914.5一2021 附录 A (资料性遥感反演参考算法 A.1多通道海表温度反演算法分裂窗方法是到目前为止应用最广泛的地表面温度反演方法由MeMillin于1975年针对 NOAA的两个热红外分裂窗通道首次提出,是比较成熟的SST反演方法原理是利用热红外谱段大气窗口两分裂窗通道对大气水汽吸收的差异性建立线性或非线性方程组,以部分的剔除大气影响而反演真实温度常用多通道分裂窗算法反演海洋表面温度的算法模式见式(A.1): SST=ci十c2×T十c×(T一T)十c×(secf一1)×(T一T.(A.1) 式中 T,T -波段的亮温; 卫星天顶角; 回归系数 c1、c2、c3、c A.2Shepard插值算法在球面坐标系(9,A)中，已知沿轨迹离散点的坐标(9,A,以及该点的有效波高f (i=1,2,,N) 内插的网格点为(9,A),其有效波高为f(9,A),拟合函数表示为:=F(9,A) 权丽数见式(A.2): 0r" A.2 27 9(r)= -1) 货京其中 r=2R'sin A9 业 =sin' m(侍以a呼" sin" ,cosfQ ？式中: -拟合半径 R -平均地球半径 -计算点P和流动点Q之间的球面距离则拟合函数的表达式见式(A.3) 1;9"(r) r，0 这=F(p, A.3 g"(r, r;=0 15
GB/T14914.52021 式中 N 拟合点点数; 拟合因子,通常取值1和2 A.3海面动力高度计算海面动力高度计算公式可表示为式(A4) H(k)=Atitude(k)-Range(k)十[lono(k)十wet(k) 十Dry()十SSB()十IB()十hf_luctuations_corr(门 A.4 [[ocean_tide()十solidearthtide(k)十pole_tide(k Geoid( 式中分别为雷达高度计高度,测距大小 Altitude、Range ono,Wet,Dry,SSB,B和f_luctuations_corr -分别为电离层延迟误差校正、大气对流层延迟误差湿分量校正、大气对流层延迟误差干分量校正、海况偏差校正、逆压校正和风速高频振荡校正分别为海洋潮汐,固体地球潮汐和极潮 ocean_tide,solidLearth_tide,ploe_tide A.4地转流计算地转流是相对海洋密度分布的海流,它由海洋中科氏力和压力梯度之间的平衡而确定,其计算公式如式(A.5)和式(A.6) P A.5 fu= 0 aP (A.6 fv= p a.x 式中 -海流流速的东分量; -海流流速的北分量; -海水密度; 压强 -科氏参量，/=2nsinp,Q为地球自转速度7.272×10rad/s,9为地理纬度使用雷达高度计测量的海面高度计算海洋表层地转流,地转流公式转换为式(A7)和式(A8) f4=一 (A.7 g 示 A.8 fu=g a.z 式中海面动力高度 -当地重力加速度 g 在赤道上,由于y=0,以上海流分量u计算公式是不确定的,需引人3平面计算赤道上的海流计算公式如式(A.9): 16
GB/T14914.5一2021 A.9 u=一g5 式中 -常数,取值2×10-icm's 海面动力高度y方向的二阶偏导数 s A.5风场反演算法散射计反演风场原理 A.5.1 卫星散射计是一种经过定标的雷达,它向海面主动发射电磁波,并接收经过海面调制的回波信号雷达回波信号将由发射信号以及海面特征共同决定当海浪波长与雷达发射电磁波波长满足布拉格散射条件时,各波面产生的后向散射电磁波相位相同,从而产生共振,回波能量将主要由产生其振的电磁波决定在微波散射计的工作频率下,满足布拉格谐振条件的海面波为海表毛细波,海祥表面毛细波的谱密度与海洋表面上的风速直接相关因此,通过雷达测得的回波信号可获取海面风场的信息通过对雷达回波信号的处理,可得出仅与海面情况有关的归一化后向散射系数(NRCS,或o),从散射计测得的，可进一步提取出海面风场,海面风场的信息提取过程称为风矢量反演从散射计测得的海面后向散射系数反演海面风矢量需要解决三个方面的问题:建立地球物理模型，风矢量求解算法,模糊解去除算法地球物理模型函数描述海面风矢量与雷达后向散射系数之间的关系地球物理模型函数的一般形式如式(A.10): D d=F(V,X,,f,p, A.10 式中: 海面对应的后向散射系数; 了风速风向的相对方位角,单位为度("); 散射计的工作频率; 极化方式; 天线的人射角风矢量求解算法主要是通过地球物理模型函数以及海面风矢量面元的不同方位角的NRCS观测值获得海面的风矢量解由于地球物理模型的双余弦分布特征非线性特征,对风矢量的求解不能通过将后向散射系数直接代人地球物理模型的方式直接求得通常的求解算法采用最大似然求解算法,寻找使式(A.11)所示目标函数得局部最大值的风矢量,即模糊解,并将模糊解按其对应的最大似然值大小排序 -d.,X工 [o 十ln[Var(o,门] A.11 J=一 Var r(G. 式中: 散射计实际测得的后向散射系数 G -模型预测的对应风速为V,相对风向为X时的后向散射系数口m N -用于风矢量反演后向散射系数测量结果的总数由于地球物理模型函数本身的双余弦分布特征以及散射计的各种测量噪声的影响,求解算法一般会获得多个风矢量解即模糊解) 风向多解消除就是从一系列的多解风矢量中选出与真实风矢量最为接近的风矢量解经过风向模糊排除处理,得到了每个测量点上具有唯一大小和方向的风矢量场,进一步处理这样的风矢量场,就可以得到能直接用于气象和海洋模型研究及海面风场信息分析的风场 17
GB/T14914.52021 A.5.2SAR反演风场原理海面后向散射系数受到相对风向的调制作用,对于同一风场单元,不同的雷达观测方位角将得到不同的后向散射系数,逆风时最大,顺风时稍小,垂直于风向观测时最小,这种变化关系可以通过式((A12)描述(Moore,1979): (A.12 a，=A十Bcos呐+Ccos2 式中后向散射系数,随相对风向内的变化 A、B.C -雷达人射角、风速和极化方式的函数合成孔径雷达风场反演一般需要风向信息作为初始场,对于某一风场单元而言,辐射定标可以获得该风场单元的NRCS,而观测方位角和人射角都已知,此时待求的就只剩风速如图所示,相对风向和人射角已知,NRCS随风速单调增加,图A.1中虚箭头线表示了不同风速下的模型值,将风场单元的 NRCS与模型值作对比,最接近观测值的模型值对应的风速即为所求 B对风向哭入射角 5a,0 l风迷 180" 6" 图A.1相对风向和入射角已知后,沿虚箭头线方向寻找风速反演结果 A.6大气水汽含量反演算法微波辐射计大气水汽含量反演采用多元线性回归算法,可表示为式(A.13) A.13 片=现[ +>，.RT 式中 %,3 -线性函数; 反演系数,下标i代表辐射计的通道,下标代表要反演的参数 Co, 大气水汽含量; TB 各通道的观测亮温对于微波辐射计,各通道亮温带人进行计算时,用式(Al4)和式(A15 的线性函数计算 3(Tn)=T路 y<10.7GHz A.14 '>10.7GHH (A.15 3(Tn)=一In(290一TB A.7无线电探空数据处理流程利用探空气球搭载无线电探空仪测量大气层水气压和温度廓线,每条廓线至少包含8层有效观测， 18
GB/T14914.5一2021 同时最大有效观测高度差小于3km,最顶层水气压小于0.5hPa 考虑到观测站高度与海平面的高度差引起的温度和湿度观测缺失,可采用外插法以10m步长将廓线数据由观测站点高度插值至海平面高度同时将廓线最顶层的观测数据采用同样的外插方法插值至50km,大约平流层顶的高度,步长采用1km 温度认为是随高度呈线性变化,对温度廓线在站点高度至海平面和最高有效观测高度至平流层顶的插值采用线性外插,插值公式如式(A.16): T，=T十a.(h一hw) A.16 式中: 起始高度气温; 外插系数,由每个站点的所有数据通过拟合获得插值高度与起始高度的差值 ho 气压和水汽压随高度呈指数减小,采用指数衰减方式对气压和水气压进行外插,插值公式如式(A17). P，=P exp[a(h一h刀 A.17) 式中起始高度气压或水气压; 外插系数,由每个站点的所有数据通过拟合获得插值高度与起始高度的差值 ho 由水气压根据式(A.18)计算水汽密度 Rho=vappress×100/(461.52×temperature) A.18 式中水气压,单位为百帕(hPa); vappress -气温,单位为开(K); temperature Rho -水汽密度,单位为千克每立方米(kg/m 通过对分层水汽密度在整个廓线上的积分得到大气水汽总量[见式(A.19)] A.19 v-,oh) 大气水汽含量均方根误差按式(A.20)计算 -Ye V A.20 rmse 式中: V 大气水气含量均方根误差; rmmse" Vs 卫星观测数据; Ve -探空气球观测数据探空气球探测准确度: 温度0.5C,相对湿度5%,压力1hPa(1080hPa100hPa),0.6hPa(100hPa一3hPa),风速 0.15m/s. A.8白天海雾识别方法白天海雾识别步骤: 以可见光通道观测反射率进行动态值分析消除低反射率晴空海区和高反射率太阳耀斑区 a b 由冰云、水云系在不同波段的吸收差异,通过通道观测亮温进行云位相判别不同粒径云雾在可见光、近红外短波和近红外长波通道反射率关系消除大粒径云系 c d 对可见光通道反射率图像利用计盒分形维数分析云雾区空间差异消除云顶粗糙起伏大的中低层云系; 19
GB/T14914.52021 热红外通道观测亮温估算云顶高度消除低层云系 e f 对上述各特征判断引起的海雾区域内部麻点及雾边界漏判点区域,通过可见光通道反射率再判断进行漏点修补 A.9夜晚海雾识别方法夜晚海雾识别步骤: 以热红外通道观测亮温进行动态阔值分析消除高冷云系 a b 短波红外和热红外通道亮温差进行判断消除高层云系对热红外通道亮温图像利用计盒分形维数分析云雾区空间差异消除云顶粗糙起伏大的中低层云系; d 热红外通道亮温估算云顶高度以消除低层云系: 对上述各特征判断引起的海雾区内部麻点及雾边界漏判点区域,通过热红外通道亮温再判断进行漏点修补 20
GB/T14914.5一2021 附录 B 规范性海冰分类与专题图制作 B.1海冰密集度(参照wo标准将海冰密集度分为10成,0表示观测区域内无冰,10表示观测区域内100%覆盖浮冰,不同海冰密集度分布图分别如图B1 0/10 1/10 2/10 3/10 /10 5/10 6/10 7/10 8/10 9/10 10/10 9+/10 图B1海冰密集度分布图 B.2海冰类型图B2给出了光学影像海冰类型示例图图B3给出了雷达影像海冰类型示例图 21
GB/T14914.52021 ? ? ? ???? ?B.2????? 22
GB/T14914.5?2021 ? ? ? ? ? ? ?? ???? ?B3????? 23
GB/T14914.52021 表B.1和表B2分别给出了海冰发展阶段编码表和海水尺度编码表表B1海冰发展阶段编码表(S 序号浮冰类型厚度特征冰情图编码由海水直接冻结或雪降至低温海面未被融化而生成的,多呈针初生冰(新冰) 10cm 状、薄片状、油脂状或海绵状由初生冰冻结或在平静海面上直接冻结而成的冰壳层,表面平冰皮 10cm 滑、温润而有光泽,厚度5cm左有,能随风起伏,易被风浪折碎厚度小于10cm的有弹性的冰壳层,表面无光泽,在波浪和尼罗冰 10cm 外力作用下易于弯曲和破碎,并能产生“指状"重叠现象圆形冰块,由于彼此互相碰撞而具有隆起的边缘,它可由初生莲叶冰 10cem 冰冻结而成,也可由冰皮或尼罗冰破碎而成初期冰 10cm30ctm包括灰冰和灰白冰由尼罗冰发展而成,表面平坦湿润,多呈灰色,比尼罗冰弹性灰冰 0cm15cm 小,易被涌浪折断,受到挤压时多发生重叠由灰冰发展而成,表面比较粗糙,呈灰白色,受到挤压时大多形灰白冰 15cm~30cm 成冰脊白冰(一年冰 >30cm 由灰白冰发展而成,表面粗糙,多呈白色表B,2海冰尺度编码表(PF) 序号浮冰类型浮冰宽度冰情图编码碎冰、小块状冰 2m 冰块 2m~20m 小尺度浮冰 20m~100m 中尺度浮冰 100m一500m 500m~2000m 大尺度浮冰 2km10km 更大尺度浮冰巨型浮冰 >10km 固定冰无法确定 24
GB/T14914.5一2021 参考文献 1]GB/T12763.2一2007海洋调查规范第2部分;海洋水文观测 [2]GB/T12763.3一2007海洋调查规范第3部分;海洋气象观测 [3]GB/T19721.2-2005海洋预报和警报发布第2部分;海浪预报和警报发布 [4]GB/T19721.3一2017海祥预报和警报发布第3部分:海冰预报和警报发布 [5]HY/T147.7一2013海洋监测技术规程第7部分:卫星遥感技术方法

海洋观测规范第5部分：卫星遥感观测GB/T14914.5-2021解读

引言

卫星遥感技术是海洋观测领域中应用广泛的一种观测手段。它具有覆盖面广、周期短、精度高等优点，在海洋环境监测和天气预报等方面具有不可替代的作用。然而，卫星遥感观测涉及到大量的参数和指标，如果没有统一的规范进行指导，将会影响数据的准确性和可信度。因此，针对卫星遥感观测，制定相应的规范非常必要。

卫星遥感观测GB/T14914.5-2021简介

卫星遥感观测GB/T14914.5-2021是由中国标准化协会发布的海洋观测规范之一。该规范主要针对卫星遥感数据的获取和处理过程进行规范，旨在提高卫星遥感数据的质量和可信度。

卫星遥感观测GB/T14914.5-2021主要内容

数据获取：详细描述了卫星遥感数据的获取方式、参数设置和数据格式等方面的规范。
数据处理：包括数据预处理、图像增强、数据分析和应用等方面的规范。
数据共享：明确了数据共享的原则和流程，保障卫星遥感数据的安全性和合法性。
数据管理：包括数据存储、备份、维护等方面的规范，确保卫星遥感数据的完整性和可靠性。

结语

卫星遥感技术在海洋观测领域中具有广泛的应用前景。卫星遥感观测GB/T14914.5-2021规范的发布，为卫星遥感观测提供了统一的指导和标准，可以有效提高卫星遥感数据的质量和可信度。我们应该认真遵守规范的要求，推广规范的使用，为海洋环境监测和天气预报等方面的工作提供更加准确、可靠的数据支持。