云底高度是地气系统辐射收支以及飞行安全的重要影响因素。介绍了利用FY-4A卫星的数据产品反演云底高度的方法，设计了两种云底高度反演方案：第一种方案先将云划分为卷云（Ci）、高层云（As）、高积云（Ac）、层云/层积云（St/Sc）、积云（Cu）、雨层云（Ns）、深对流云（Dc）和多层云（Multi）等8种云类型，再分别采用独立的集成学习模型反演这8类云的云底高度；第二种方案不区分云的类型，采用统一的集成学习模型反演云底高度。将CloudSat探测的云底高度作为参考值，以129515个样本对两种方案进行评估，结果表明方案一的反演模型效果更好，均方根误差（RMSE）为1304.7 m，平均绝对误差（MAE）为898.4 m，相关系数（R）为0.9214。

随着光电技术的发展,低照度条件下的微光成像及其应用成为近年来的研究热点之一。对于定量遥感的气象海洋环境卫星,微光成像仪辐射定标与资料应用的研究也受到普遍的关注。以目前国际上最具代表性的微光成像仪载荷VIIRS/DNB为例,系统阐述了夜间不同月相条件下传感器绝对辐射定标与气象海洋环境资料应用等技术问题的研究进展,以期为相关科学研究和实际工程应用提供有用信息。

CCD像元响应特性的差异是制约MAI成像质量及其数据定量化应用的主要因素之一。 为了提高MAI数据质量, 本文基于全量程多段分析与校正法, 利用2016年9月至2018年3月期间共104403帧观测数据, 分别对MAI偏振通道和非偏振通道的像元响应特性的不一致性开展了在轨分析与校正, 并利用GOME-2和MODIS数据产品对校正结果进行了验证。 首先, 假定观测样本足够多, 即每个CCD像元观测的样本具有相同的遍历性, 则各CCD像元对应的所有样本的平均DN值可以代表CCD各像元的响应特性; 其次, 利用104 403帧观测数据构建各个通道的参考图像, 并利用MAI中心5×5像元给出各参考图像对应的标准DN值; 在此基础上分别对MAI偏振通道和非偏振通道开展了像元响应特性的分析, 结果表明, MAI各通道均存在CCD像元响应特性不一致的问题, 各通道的不一致性大约在4%～10%之间, 对偏振通道而言, 同一偏振波段的三个偏振通道之间像元响应特性的不一致性有一定的相似性, 像元响应特性不一致性的差异基本在1%以内。 然后, 将MAI近两年的观测数据分为前后两个时间段进行对比分析。 结果表明: 前后两个时间段偏振通道和非偏振通道的图像均具有很好的一致性, 即CCD像元响应特性未随时间发生显著变化, 这也进一步验证了前面MAI数据量充足的假定。 因此, 可以利用全量程多段校正法逐通道逐像元开展CCD像元响应特性不一致性的校正。 基于该方法校正后, MAI图像质量得到显著改善, 图像四周响应偏低的区域明显改善, 基本和周围像元的响应达到了同一水平; 图像更加平滑, 颗粒感基本消除; 部分区域的场景发生了变化, 特别是碎云等反射率介于中低反射率之间的目标。 基于GOME-2的交叉对比结果表明, MAI 565, 670和763 nm波段反射率与GOME-2的参考反射率之间的平均绝对偏差分别由校正前的1.6%, 4.2%和2.2%减小至校正后的0.5%, 2.6%和0.4%; 此外, 基于多通道云识别方法开展的云检测表明, 校正后的MAI云检测结果与MODIS云检测产品一致性更好。 因此, 全量程多段校正方法可以有效解决MAI CCD像元响应特性的不一致性, 显著提高MAI在轨观测的质量, 且该方法也可以应用于其他CCD仪器的在轨校正。

基于2017年8月至10月FY-4A的云顶高度、云光学性质等上游产品和A-Train系列卫星星载毫米波雷达和激光雷达主动探测的云底高度资料, 利用随机森林算法建模, 提出了FY-4A对最上层云云底高度的估计算法, 并用2017年11月独立样本对算法进行了检验与评估.结果表明, 该算法可以有效实现对最上层云云底高度的估计, 与星载主动探测结果相比, 平均绝对偏差为1.29 km, 相关系数为0.80.对单层云的估计结果相对较好, 而多层云存在时云底高度的估计结果一般偏小.

利用微波辐射传输模型PWR(P. W. Rosenkranz)和反向传播神经网络方法,分别构建了正演下行辐射亮温和反演大气相对湿度廓线的模型,并研究了晴空条件下高光谱微波辐射计反演大气相对湿度廓线的通道选择问题。研究结果表明,200个通道的信息含量大于微波辐射计7个通道的信息含量;增加探测通道数量可提升大气相对湿度廓线的反演精度,选取信息含量排在前面的120个通道进行仿真时,在0~2 km和6~10 km高度范围内大气相对湿度廓线的反演精度提升了4%~10%,在2~6 km高度范围内的相对湿度廓线的反演精度提升了约10%;当通道数继续增加时,反演精度的提升并不明显。

2016年9月15日发射的TG-2空间实验室上搭载的MAI是我国首个在轨运行的多角度偏振成像仪, 主要用于获取云和气溶胶等大气环境信息。 星载遥感仪器的定标是观测资料定量应用的关键前提且贯穿仪器的整个寿命期。 MAI发射前已经进行了实验室定标, 且精度较高。 为了监测MAI发射后的在轨运行情况, 针对其未配置在轨定标装置的问题, 利用Metop-B/GOME-2可见光波段的高光谱分辨率和较高探测精度的优势, 提出了基于GOME-2对MAI 565, 670以及763 nm通道进行在轨监测及交叉定标的方法。 该方法首先通过时空匹配、 视线几何匹配等获取MAI与GOME-2相近时刻、 相近视线几何条件下的同目标观测数据, 再将GOME-2反射率按照MAI可见光通道光谱响应函数进行卷积, 得到各通道的参考反射率, 与MAI反射率进行对比分析, 从而实现对MAI的定标。 利用不同反照率特性目标的匹配观测数据, 该方法能够实现仪器的高、 中、 低端观测的全覆盖定标。 定标过程主要包括: （1）对2016年12月到2017年2月期间TG-2和Metop-B的运行轨道进行预报, 获取二者交叉观测的整轨数据; 设置观测时间差为900 s, 初步匹配得到8组MAI与GOME-2交叉观测样例, 包含2 455组匹配像元; （2）对匹配像元空间位置进行检验, 保留单个GOME-2像元覆盖的MAI像元数超过338的交叉样本, 以确保单个GOME-2像元尽可能被MAI观测充满; （3）给定GOME-2观测天顶角小于30°的限制条件, 同时设置视线几何检验条件为两仪器观测天顶角余弦的比值接近于1, 且相差不超过0.05, 并充分利用MAI的多角度观测优势, 对每一个MAI像元采用最多14个方向的视线几何进行匹配, 从而选择最优的视线匹配方向; （4）设置观测目标均匀性检验条件为一个GOME-2像元覆盖的全部MAI像元反射率的标准差和均值之比小于0.5, 对匹配像元进行检验, 得到469个匹配的GOME-2像元。 （5）将以上GOME-2像元对应的各个波长的反射率按照MAI可见光通道的光谱响应函数进行积分, 即可得到MAI各通道对应的GOME-2参考反射率。 （6）利用GOME-2像元空间分辨率显著大于MAI分辨率的特征, 对每个GOME-2像元覆盖的全部MAI像元反射率进行平均作为MAI反射率, 显著降低了定标结果对观测目标均匀性的依赖程度。 （7）将GOME-2参考反射率与MAI反射率进行回归分析, 得到定标系数, 实现对MAI的在轨交叉定标。 为了分析各匹配条件对定标结果的影响, 利用单一变量法对像元匹配过程中各检验条件阈值进行调整并开展了分析试验。 结果表明, 当进一步严格匹配筛选条件时, 定标结果不会产生显著变化。 基于该方法对MAI三个通道反射率和GOME-2参考反射率进行对比分析, 结果表明二者之间存在显著地线性关系, 且相关系数均优于0.97, 对比差异的均值分别为1.6%, 4.2%和2.3%, 标准差分别为3.1%, 4.1%和2.4%。 总体来看, 利用在轨交叉定标方法能够实现MAI可见光波段的在轨监测及定标, 为MAI数据的定量应用奠定了基础。

多角度偏振成像仪(MAI)采用背照式面阵CCD探测器, 用于定量获取云与气溶胶参数。暗电流是影响面阵CCD探测器数据质量及其定量应用的主要因素之一。为了分析CCD暗电流特征及其通道依赖性, 并改进CCD成像质量, 在分析MAI 0级数据特征的基础上, 提出基于夜间场景对MAI各通道暗电流特征进行分析的方法, 并于2018年2月2日—16日开展了MAI夜间场景观测实验。通过对比MAI挡光通道白天和夜间的观测结果可知, 白天和夜间观测到的暗电流特征无明显差异。故基于夜间观测数据对MAI 13个通道的暗电流特征开展分析, 结果表明：各通道暗电流分布均存在一定程度的非均匀性及“坏点”, 且单个通道的分布具有较好的稳定性, 但各通道之间存在显著差异。基于图像法对“坏点”进行校正, 基于线性、非性线关系对像元间的不均匀分布进行校正后, 暗电流图像的标准差由12.1%降至6.9%。以晴空洋面观测值为参考, 暗电流及“坏点”对像元观测的最大相对误差由9.1%降至3.0%。分析结果表明：相对于设置暗电流监测通道, 基于夜间观测的暗电流监测不仅可以监测各通道的暗电流特征, 还可以处理暗电流的通道依赖性问题。因此, 在后续的星载观测仪器设计中, 无需单独设置暗电流监测通道就可以直接利用CCD夜间观测对各通道暗电流进行在轨监测与校正。

为了分析中国陆地区域深对流激发平流层重力波的特征，针对2010年7月20日发生在吉林上空的一次暴雨事件，利用Aqua卫星高光谱大气红外探测器（Atmospheric Infrared Sounder, AIRS）的观测数据并结合ERA-interim高空背景场数据和S变换小波分析方法，分析了与暴雨相伴的深对流激发平流层重力波的传播特征，进一步讨论了重力波上传过程对暴雨发展的可能影响。

NPP(National Polar-orbiting Parternership)卫星于2011年10月28日发射升空,其上搭载的VIIRS(Visible Infrared Imaging Radiometer Suite)传感器包含DNB(Day Night Band)波段,该波段采用三增益设置,可在白天、晨昏甚至夜间实现地球观测.其中,在夜间月光条件下,主要采用高增益,定标实现较为困难.以此为目的,首次提出了基于深对流云的夜间微光传感器替代定标方法.将月亮辐射模型引入到SCIATRAN中,实现了全天候的辐射传输计算,并利用该改进的辐射传输模式,通过确定深对流云光学属性、地表特性及大气廓线等的参考值,对接收大气层顶反射辐射进行敏感性试验,分析得到主要影响因子为云光学厚度COT(Cloud Optical Thickness)与有效粒子半径Re(Effective Radius),且利用固定参考值得到最大模拟误差小于5%.为了检验该替代方法的可行性,通过改进的辐射传输模式,对2012年08月~2013年01月共6个月夜间DNB数据所确定的深对流云替代目标像素进行辐射传输模拟,结果表明基于深对流云的替代定标方法效果较好,基于日变化的辐射不确定度在±10%之内,可实现对DNB夜间高增益阶段的直接辐射定标.