氣溶膠光學厚度遙感產品真實性檢驗國家市場監督管理總局I 12規范性引用文件 3術語和定義 14基本要求 25檢驗方法 26檢驗報告 4附錄A(資料性)氣溶膠光學厚度地面觀測數據列表 6附錄B(資料性)氣溶膠光學厚度地面觀測 7附錄C(資料性)氣溶膠光學厚度遙感產品真實性檢驗報告樣例 參考文獻 Ⅲ本文件按照GB/T1.1—2020《標準化工作導則第1部分：標準化文件的結構和起草規則》的規定起草。請注意本文件的某些內容可能涉及專利。本文件的發布機構不承擔識別專利的責任。本文件由中國科學院提出。本文件由全國遙感技術標準化技術委員會(SAC/TC327)歸口。本文件起草單位：中國科學院空天信息創新研究院、山東科技大學、生態環境部衛星環境應用中心。氣溶膠光學厚度是表征液體或固體微粒分散在大氣中形成的相對穩定的懸浮體系對太陽輻射衰減程度的物理度量。氣溶膠光學厚度直接關系到進入地球系統的太陽輻射，并可表征大氣質量；因此，氣溶膠光學厚度遙感產品在大氣質量評估、大氣污染監測、大氣校正及全球變化等研究中具有重要意義。本文件針對氣溶膠光學厚度遙感產品真實性檢驗中的共性問題，根據多年來國內外相關工作實踐，總結歸納了一套行之有效的工作流程和方法，顧及了不同類型、不同空間分辨率的氣溶膠光學厚度產品對檢驗方式的特定需求，用以規范氣溶膠光學厚度遙感產品真實性檢驗工作的有序進行。本文件的實施將有力促進氣溶膠光學厚度遙感產品的質量提升和定量應用。1氣溶膠光學厚度遙感產品真實性檢驗本文件規定了氣溶膠光學厚度遙感產品真實性檢驗的基本要求、檢驗方法和檢驗報告。本文件適用于衛星遙感數據反演的氣溶膠光學厚度遙感產品的真實性檢驗。2規范性引用文件下列文件中的內容通過文中的規范性引用而構成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對應的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改單)適用于本文件。GB/T36296—2018遙感產品真實性檢驗導則GB/T39468—2020陸地定量遙感產品真實性檢驗通用方法3術語和定義GB/T36296—2018、GB/T39468-2020界定的以及下列術語和定義適用于本文件。液體或固體微粒分散在大氣中形成的相對穩定的懸浮體系。表征大氣氣溶膠造成輻射能量衰減程度的物理量。注：數值上等于氣溶膠散射系數和吸收系數之和，常用單位為每米(m-l)、每千米(km-l)。某一段路徑上氣溶膠消光系數的總和，量綱為1。從地面到大氣上界垂直路徑中氣溶膠消光系數的總和，量綱為1。氣溶膠模型aerosolmodel氣溶膠類型、譜分布及氣溶膠粒子物理和化學特性的數學表達。由遙感影像數據生產的整層大氣氣溶膠光學厚度數據集、輔助數據集及元數據集的統稱。24基本要求氣溶膠光學厚度遙感產品真實性檢驗應符合GB/T36296—2018中第7章的規定，同時：a)參考對象為已檢遙感產品時，已檢遙感產品的空間分辨率宜不低于待檢氣溶膠光學厚度遙感產品的空間分辨率；b)參考對象的觀測時間與待檢氣溶膠光學厚度遙感產品的觀測時間相差不宜超過30min;c)參考對象宜具有區域代表性，覆蓋待檢氣溶膠光學厚度遙感產品范圍內的不同高程和地表覆蓋；d)參考對象的氣溶膠模型應包含待檢氣溶膠光學厚度遙感產品所有的氣溶膠模型，如大陸型、沙5檢驗方法5.1檢驗方法選擇根據參考對象的可獲取性選擇相應的檢驗方法：a)當有地面觀測數據作為參考對象時，應采用直接檢驗法；b)當僅有已檢較高精度的氣溶膠光學厚度遙感產品作為參考對象，應采用間接檢驗法。5.2直接檢驗法直接檢驗法檢驗流程應符合GB/T36296—2018中8.1的規定，主要操作流程見圖1,操作步驟如下：a)待檢氣溶膠光學厚度遙感產品基本信息獲取：從待檢氣溶膠光學厚度遙感產品讀取產品基本b)樣本選擇：按GB/T39468—2020中4.3.1b)的檢驗樣本抽樣方法進行樣本選擇；c)地面觀測數據判斷：根據待檢氣溶膠光學厚度遙感產品的空間范圍判斷在此范圍內是否有已有地面觀測數據(見附錄A);d)地面觀測數據獲取：若待檢氣溶膠光學厚度遙感產品空間范圍內已有地面觀測數據，則選取對應的已有地面觀測數據；若無已有地面觀測數據，則進行地面觀測站點布設與數據采集，以獲取地面觀測數據，方法見附錄B;e)空間匹配：將地面觀測站點/樣點數據與待檢驗的氣溶膠光學厚度遙感產品像元進行空間匹配；f)時間匹配：將與待檢氣溶膠光學厚度遙感產品觀測時間相差30min內的所有地面觀測數據進行時間插值，計算得到與待檢氣溶膠光學厚度遙感產品觀測時間相同的地面觀測數據；g)550nm處氣溶膠光學厚度計算：將經過時間匹配獲取的地面觀測數據進行光譜插值，計算得到550nm處的氣溶膠光學厚度作為像元尺度相對真值；h)準確度評價：按GB/T36296—2018中6.1的準確度評價指標定量表達待檢氣溶膠光學厚度遙感產品的準確度，準確度評價指標至少應包括均方根誤差、相關系數；i)不確定度分析：按GB/T36296—2018中6.2的不確定度評價指標進行待檢氣溶膠光學厚度遙感產品的不確定度分析，不確定度評價指標至少應包括標準差。3GB/T41535—2022待檢氣溶膠光學厚度遙感產品待檢氣溶膠光學厚度產品基木樣本選擇已有地而觀測數據判斷?是已有地面觀測否地而觀測站點布設與數據采集空間匹配時間匹配550mm處氣溶膠光學厚度計算準確度評價不確定度分析圖1氣溶膠光學厚度遙感產品直接檢驗法操作流程5.3間接檢驗法間接檢驗流程應符合GB/T36296—2018中8.2.1的規定，主要操作流程見圖2,操作步驟如下：a)待檢氣溶膠光學厚度遙感產品基本信息獲取：從待檢氣溶膠光學厚度遙感產品讀取產品基本信息，包括產品的類別、空間分辨率、空間范圍、時間分辨率、觀測時間等信息；b)已檢氣溶膠光學厚度遙感產品選擇：按照第4章中的規定選取準確度及不確定度已知且精度較高的已檢氣溶膠光學厚度遙感產品作為間接檢驗的參考對象；c)空間重采樣：對已檢氣溶膠光學厚度遙感產品和待檢氣溶膠光學厚度遙感產品中空間分辨率高的產品進行空間重采樣，使兩者空間分辨率一致；d)時間匹配：宜計算與待檢氣溶膠光學厚度遙感產品觀測時間30min內的所有已檢產品的算數平均值作為像元尺度的相對真值；e)樣本選擇：按GB/T39468—2020中5.2的檢驗樣本抽樣方法進行樣本選擇；f)準確度評價：按GB/T36296—2018中6.1的準確度評價指標定量表達待檢氣溶膠光學厚度遙感產品的準確度，準確度評價指標至少應包括均方根誤差、相關系數；g)不確定度分析：按GB/T36296—2018中6.2的不確定度評價指標進行待檢氣溶膠光學厚度遙4感產品的不確定度分析，不確定度評價指標至少應包括標準差。待檢氣溶膠光學厚度遙感產品待檢氣溶膠光學厚度遙感產品基本信息獲取已檢氣溶膠光學厚度遙感產品選擇空間重采樣時間匹配樣本選擇準確度評價不確定度分析圖2氣溶膠光學厚度遙感產品間接檢驗法操作流程6檢驗報告6.1封面信息檢驗報告封面應包括但不限于以下信息：a)檢驗報告編號；b)檢驗報告名稱；c)檢驗負責人；d)檢驗單位；e)送檢單位；f)檢驗時間。6.2正文信息6.2.1氣溶膠光學厚度遙感產品概述對待檢氣溶膠光學厚度遙感產品進行簡要描述，應包括但不限于：b)產品的空間分辨率、空間覆蓋范圍、獲取時間、時間分辨率；c)產品的光譜范圍(光譜單位);5d)產品算法描述。6.2.2參考對象描述對參考對象進行描述，應包括但不限于：a)參考對象的常規信息，包括類型、空間特征、時間特征、光譜信息(光譜單位);b)參考對象的測量方法、測量儀器、數據格式；c)參考對象的精度。6.2.3檢驗方法及流程對采用的檢驗方法和檢驗過程進行描述，應包括但不限于：a)檢驗方法和流程概述；b)檢驗結果的評價指標；c)檢驗過程的記錄；d)檢驗結果的存檔。6.2.4真實性檢驗結論描述對真實性檢驗的評價結果進行描述，應包括但不限于：a)真實性檢驗結果總體評價：描述所檢驗氣溶膠光學厚度遙感產品的準確度；b)分項指標評價：描述所檢驗氣溶膠光學厚度遙感產品在研究區內不同區域、不同地表類型、不同氣溶膠模型下的準確度；c)對產品的評價：通過對各項指標的評價和分析，給出所檢驗氣溶膠光學厚度遙感產品的評價結對產品真實性檢驗過程中的非常規問題進行說明與描述。6.3檢驗報告信息簡表氣溶膠光學厚度遙感產品真實性檢驗報告信息簡表編制見GB/T附錄C。36296—2018附錄D,樣例見6(資料性)氣溶膠光學厚度地面觀測數據列表表A.1氣溶膠光學厚度地面觀測數據列表數據集名稱觀測量時間分辨率年限范圍站點分布數據下載地址氣溶膠全球自動觀測網AERONET(AErosolROboticNETwork)氣溶膠光學厚度及其他氣溶膠參數1998至今843個全球站點new_web/index.html世界氣象組織(WMO)全球大氣觀測(GAW)大氣氣溶膠光學、物理、化學參數，含氣溶膠光學厚度1960至今28個全球站點，410個區域站點/Browse-Obtain-DataPHOTONS)氣溶膠光學厚度及其他氣溶膠參數1993至今25個法國區域站點數據已經接入AERONET加拿大太陽光度計網絡(AeroCan)氣溶膠光學厚度及其他氣溶膠參數2002至今20個加拿大區域站點數據已經接入AERONET澳大利亞氣溶膠地基網絡(AGSNet)氣溶膠光學厚度及其他氣溶膠參數1998至今9個澳大利亞區域站點數據已經接入AERONET日本氣溶膠/輻射觀測網絡(Skynet)氣溶膠光學厚度及其他氣溶膠參數1996至今53個全球站點aboutSKYNET.php中國氣溶膠觀測網絡氣溶膠光學厚度及其他氣溶膠參數2002至今20個中國區域站點數據已經接入AERONET7(資料性)氣溶膠光學厚度地面觀測B.1觀測儀器B.1.1測量儀器名稱氣溶膠光學厚度的地面觀測儀器為太陽-天空輻射計。B.1.2測量波長太陽-天空輻射計一般涵蓋340nm～1640nm,通常選擇受氣體吸收影響較小的大氣窗口通道，光譜帶寬控制在20nm以內。其中500nm和1020nm光譜通道用于數據質量控制。B.1.3儀器視場角太陽-天空輻射計為小視場角測量設備，視場角一般為1.2°~1.3°,以確保光路正對太陽，避免天空雜散光影響。B.1.4太陽追蹤精度太陽追蹤精度優于0.05°,以確保高精度太陽直射輻射測量。B.1.5其他技術指標觀測儀器的其他技術指標包括：a)具有高靈敏度線性響應特征，具體特征包括：1)測量設備在日暈模式(以太陽為中心的6°范圍內觀測)下，信噪比優于95dB;2)輸出信號與可變增益的相關系數優于0.99。b)具有大范圍環境溫度(-30℃~60℃)適應能力，可在不同季節和不同區域開展測量。B.2儀器使用B.2.1場站選擇氣溶膠光學厚度觀測場站的選擇需要滿足以下條件：a)場站周邊向外大視野需360°開闊，10°仰角范圍內應沒有明顯的視野遮擋；b)場站所在地周圍環境狀況相對穩定，無強電磁干擾，周圍有穩定可靠的電力供應和避雷設備。B.2.2儀器的安裝與調試B.2.2.1安裝調試說明儀器安裝與調試參照用戶手冊的規定執行，并檢驗儀器各參數指標：a)工作電壓滿足設備運行需求；b)儀器時間與GPS時間差異小于2s;c)連接光學頭和控制盒的數據線，彎折處與進光筒頂部齊平。對于長期觀測，應定期檢查a)～c)中各參數指標。8GB/T41535—2022B.2.2.2安裝前檢查工作安裝前需檢查儀器外觀是否松動和損壞，檢查各組件是否齊全。B.2.2.3儀器參數設置根據儀器使用說明，對儀器參數進行設置，包括但不限于日期、時間、國家代碼、站號、儀器編號、當地經緯度參數等。B.2.2.4觀測模式設置根據工作需要將儀器設置為手動或者自動模式。在設置為自動模式前，需再次檢查日期、時間、國家代碼、站號、儀器編號、當地經緯度等參數，確認無誤后將手動模式變更為自動模式。B.2.2.5儀器拆卸先將儀器的自動觀測模式更改為手動觀測模式，然后將控制箱設置成待機狀態，最后將各部件拆下，依次放入運輸箱內，并用海綿、泡沫等保護好以確保運輸安全。B.2.3數據采集B.2.3.1概述數據采集以遠程無線自動采集為主，也可以手動采集。B.2.3.2手動采集觀測應選擇在晴朗無云的時刻進行，儀器應正對太陽。一般每日測量不少于3次，每次測量不少于10組，觀測時間可選在衛星過境時刻前后半小時或每日的9:00、12:00、15:00。觀測前后應進行暗電流測量，并記錄天氣狀況。設置儀器開啟自動觀測模式，每隔3min～15min執行太陽直射輻射測量，并自動保存觀測數據。通過串口線將數據導入電腦。B.2.4儀器標定B.2.4.1概述儀器初次使用前可采用Langley定標方法或傳遞定標方法進行校準。長時間使用時，宜每隔6個月對觀測設備進行校準；偶爾使用時，需在使用前對觀測設備進行校準。定標需在有相關資質的單位進行，以保證儀器的觀測精度。進行儀器標定時，可參照以下規則：a)至少使用10組定標結果進行平均處理，減少隨機誤差；b)多組定標結果的變異系數(標準差/均值)需滿足以下標準：1)可見光至近紅外波段的變異系數小于0.5%;2)紫外波段的變異系數小于2%。c)在一個時間段觀測氣溶膠后，可計算觀測前定標系數與觀測后定標系數，按時間軸進行線性插值，得到每個觀測時刻新的定標系數，進行氣溶膠光學厚度再計算。B.2.4.2Langley定標方法在大氣相對穩定情況下，假設大氣總光學厚度不隨時間發生變化，在不同大氣質量數變動的情況下9對太陽直射輻射進行一系列測量，通過直線外插方式得到大氣質量數為0時的信號值，即為儀器的定標系數。需要強調的是，Langley定標方法對場地環境和大氣條件有十分嚴格的要求，一般選擇在遠離人類活動的高海拔火山島(海拔大于2000m),且選擇在特別清潔的天氣條件下進行。在同一地點，天空晴朗無云時刻進行觀測，相同時刻兩臺儀器(中心波長差異很小，忽略不計)得到的氣溶膠光學厚度應一致，則兩臺儀器同時獲得的觀測之比應等于兩者儀器定標系數之比。用于標定的儀器定標系數由B.2.4.2中的Langley定標獲得。開展傳遞定標時的注意事項包括：a)傳遞定標應保證不同儀器時間差小于3s;b)傳遞定標應選擇中午時段(11:00～14:00)的觀測數據進行定標系數計算。B.3數據處理與質量控制B.3.1數據處理根據B.2.4中的儀器定標方法所獲得的定標系數，將原始數據處理為氣溶膠光學厚度和其他反演產品。B.3.2數據質量控制B.3.2.1溫度效應校準利用溫度控制箱，測量各波段溫度校正系數，校準測量信號到室溫(25℃)信號值。不具備溫度控制箱設施時，按照以下系數校準觀測信號：a)1020nm波段溫度校準系數為0.002337;b)其余波段溫度校準系數為0。按照以下5個步驟剔除云污染數據。a)數據質量檢查：剔除氣溶膠光學厚度小于0和大氣質量數大于5的觀測結果。b)3次聯測穩定性檢查：首先剔除3次聯測氣溶膠光學厚度中最大值與最小值之差大于0.02的觀測結果，其次剔除3次聯測氣溶膠光學厚度中最大值與最小值之差大于3次平均值0.03倍的觀測結果。c)日觀測連續性檢查：一天內500nm處大氣溶膠光學厚度的標準差小于0.015時，執行步驟e),否則執行步驟d)。d)日連續觀測平滑性檢查：1)計算一天內氣溶膠光學厚度值隨時間的二次差分值均方根D;2)若D大于16,剔除對D貢獻最大的一組數據，然后對剩余數據重新計算D;當剩余數據個數大于3,若D仍大于16,剔除該天所有觀測數據。e)3倍標準差檢查：計算一天內500nm氣溶膠光學厚度的平均值和標準差，剔除與平均值差異大于3倍標準差的觀測數據。結合專家經驗和衛星云圖進行數據檢視，剔除異常觀測數據。B.3.2.4數據等級經過定標、溫度效應校準、云污染數據剔除和專家判識，氣溶膠光學厚度數據劃分為6個等級，如表B.1氣溶膠光學厚度地面測量數據分級表級別描述手動測量模式下，計算得到的氣溶膠光學厚度數據自動觀測模式下，剔除3次聯測信號誤差>16%的氣溶膠光學厚度數據在L1.0基礎上進行定標系數插值得到的氣溶膠光學厚度數據在L1.0基礎上剔除云污染數據后的氣溶膠光學厚度數據在L1.1基礎上剔除云污染數據后的氣溶膠光學厚度數據在L1.6基礎上，通過專家判識篩選后的氣溶膠光學厚度數據(資料性)氣溶膠光學厚度遙感產品真實性檢驗報告樣例表C.1給出了檢驗報告信息簡表的參考樣例，內容以直接檢驗法為例，同時也填寫了間接檢驗法的特征描述供參考。表C.1氣溶膠光學厚度遙感產品檢驗報告信息簡表樣例待檢遙感產品特征描述產品名稱北京地區高分氣溶膠光學厚度遙感產品產品類型●數值型○類別型數據來源(傳感器)GF-1/WFV地理參考(橢球體、投影方式)WGS84、UTM投影光譜范圍(nm)空間分辨率獲取時間(YYYY-MM-DD,HH-MM-SS)2019-01-01至空間覆蓋范圍經度(°′”)東經115°25'05”至緯度(°’”)北緯39°26'08”至41°03'11”時間分辨率產品