動態 | 研究院健康城市研究中心課題組發表《中國地區Himawari-8/AHI與MODIS 氣溶膠光學厚度產品驗證及比較》

2021-03-01 清華新型城鎮化研究院

清華大學中國新型城鎮化研究院健康城市研究中心環境變化與人類健康課題組在《Remote Sensing》期刊發表題為《中國地區Himawari-8/AHI與MODIS 氣溶膠光學厚度產品驗證及比較》的論文，研究結果表明AHI AOD 產品質量較優，總體稍遜於MODIS AOD，但可藉助輔助信息搭建隨機森林模型改善準確性，其結果有望應用於PM2.5遙感監測。

Himawari-8是日本氣象廳發射的新一代靜止氣象衛星，可實現每10分鐘在亞太地區進行一次觀測，其搭載的先進成像儀AHI波段設置可反演氣溶膠光學厚度。基於中國地區AERONET太陽光度計數據，系統驗證了Himawari-8/AHI2018年2月-2019年2月的氣溶膠光學厚度（AOD）反演精度，並與中分辨成像光譜儀（MODIS）氣溶膠光學厚度產品進行比較。從時間、空間角度分析AHI AOD準確性變化，並進一步探討AHI AOD準確性變化影響因素，並提出改進準確性的方法。

AHI與MODIS數據集信息如表 1。本研究選取AHI Level 3每小時級別的AOD產品、MODIS Terra/Aqua DB AOD產品以及地基AERONET AOD產品（站點分布見圖 1）。

結果表明，AHI AOD與AERONET AOD整體結果較一致，相關係數達0..75，RMSE為0.26，但結果稍弱於MODIS AOD的準確性（圖 2）。

圖 2 AHI, MODIS AOD 與AERONET AOD驗證結果及AHI-MODIS AOD比較結果

空間上，受Himawari-8監測範圍限制，Himawari-8無法監測我國西北部，相應地缺失西北地區的AHI AOD數據。從圖 3可以發現，AHI AOD與MODIS AOD基本保持一致的空間格局，AOD高值區主要集中在京津冀、長三角、渝貴川、珠三角地區。經與AERONET站點逐個站點驗證發現（圖 4），AHI AOD在香河和鹿林站點表現較優。

在季節尺度上（圖 5），AHI AOD夏季準確性最高，R=0.84，冬季準確性最低，R=0.50，低估現象嚴重。日尺度上（表 2），AHI AOD 上午的準確性優於其他時段。

AOD反演準確性影響因素分析結果（圖 6）表明，相較於MODIS，AHI AOD反演準確性的穩定性有待提升。當AERONET AOD值較大時，AHI AOD容易出現低估，另外，AHI AOD的準確性還會受氣溶膠粒徑大小、NDVI影響。

基於上述結果，以氣溶膠粒徑大小指數，NDVI，時空信息作為變量，構建AERONET AOD-AHI AOD的隨機森林模型，公式如式（1）。交叉驗證結果表明隨機森林模型可以修正AHI AOD的準確性，其與AERONET AOD相關性達0.92，RMSE減少至0.15（圖 7）

綜上所述，AHI AOD 產品質量較優，總體稍遜於MODIS AOD，但可藉助輔助信息搭建隨機森林模型改善準確性，其結果有望應用於PM2.5遙感監測。

[1]JIANG T, CHEN B, CHAN K K Y, et al. Himawari-8/AHI and MODIS Aerosol Optical Depths in China: Evaluation and Comparison[J]. Remote Sensing, 2019, 11(9): 1011.

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