GB/T 41535-2022 气溶胶光学厚度遥感产品真实性检验

　　ICS 07 . 040 CCS A 77

　　中 华 人 民 共 和 国 国 家 标 准

　　GB/T 41535—2022

　　气溶胶光学厚度遥感产品真实性检验

　　validationofaerosolopticaldepthremotesensingproducts

　　2022-07-1 1 发布 2023-02-01 实施

　　国家市场监督管理总局国家标准化管理委员会

　　

　　发

　　

　　布

　　GB/T 41535—2022

　　目 次

　　前言 Ⅲ

　　引言 Ⅳ

　　1 范围 1

　　2 规范性引用文件 1

　　3 术语和定义 1

　　4 基本要求 2

　　5 检验方法 2

　　6 检验报告 4

　　附录 A(资料性) 气溶胶光学厚度地面观测数据列表 6

　　附录 B(资料性) 气溶胶光学厚度地面观测 7

　　附录 C(资料性) 气溶胶光学厚度遥感产品真实性检验报告样例 11

　　参考文献 13

　　Ⅰ

　　GB/T 41535—2022

　　前 言

　　本文件按照 GB/T 1 . 1—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。

　　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。

　　本文件由中国科学院提出。

　　本文件由全国遥感技术标准化技术委员会(SAC/TC 327)归口 。

　　本文件起草单位：中国科学院空天信息创新研究院、山东科技大学、生态环境部卫星环境应用中心。

　　本文件主要起草人：仲波、吴善龙、陈武汉、孙林、张玉环、孙长奎、周春艳、杨爱霞、吴俊君、柳钦火、刘照言、闻建光、李丽、孙刚、李凯涛。

　　Ⅲ

　　GB/T 41535—2022

　　Ⅳ

　　引

　　

　　言

　　气溶胶光学厚度是表征液体或固体微粒分散在大气中形成的相对稳定的悬浮体系对太阳辐射衰减程度的物理度量。 气溶胶光学厚度直接关系到进入地球系统的太阳辐射，并可表征大气质量;因此，气溶胶光学厚度遥感产品在大气质量评估、大气污染监测、大气校正及全球变化等研究中具有重要意义。

　　本文件针对气溶胶光学厚度遥感产品真实性检验中的共性问题，根据多年来国内外相关工作实践，总结归纳了一套行之有效的工作流程和方法，顾及了不同类型、不同空间分辨率的气溶胶光学厚度产品对检验方式的特定需求，用以规范气溶胶光学厚度遥感产品真实性检验工作的有序进行。 本文件的实施将有力促进气溶胶光学厚度遥感产品的质量提升和定量应用。

　　GB/T 41535—2022

　　气溶胶光学厚度遥感产品真实性检验

　　1 范围

　　本文件规定了气溶胶光学厚度遥感产品真实性检验的基本要求、检验方法和检验报告。

　　本文件适用于卫星遥感数据反演的气溶胶光学厚度遥感产品的真实性检验。

　　2 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/T 36296—2018 遥感产品真实性检验导则

　　GB/T 39468—2020 陆地定量遥感产品真实性检验通用方法

　　3 术语和定义

　　GB/T 36296—2018、GB/T 39468—2020 界定的以及下列术语和定义适用于本文件。

　　3.1

　　大气气溶胶 atmosphericaerosol

　　液体或固体微粒分散在大气中形成的相对稳定的悬浮体系。

　　[来源：GB/T 31159—2014,2 . 1]

　　3.2

　　气溶胶消光系数 aerosolextinctioncoefficient

　　表征大气气溶胶造成辐射能量衰减程度的物理量。

　　注：数值上等于气溶胶散射系数和吸收系数之和，常用单位为每米(m-1 )、每千米(km-1 ) 。

　　[来源：GB/T 31159—2014,4 . 10]

　　3.3

　　气溶胶光学厚度 aerosolopticaldepth，AOD;aerosolopticalthickness，AOT

　　某一段路径上气溶胶消光系数的总和，量纲为 1 。

　　[来源：GB/T 31159—2014,4 . 11]

　　3.4

　　整层大气气溶胶光学厚度 columnaerosolopticaldepth

　　从地面到大气上界垂直路径中气溶胶消光系数的总和，量纲为 1 。

　　[来源：GB/T 31159—2014,4 . 12]

　　3.5

　　气溶胶模型 aerosolmodel

　　气溶胶类型、谱分布及气溶胶粒子物理和化学特性的数学表达。

　　3.6

　　气溶胶光学厚度遥感产品 aerosolopticaldepthremotesensingproducts

　　由遥感影像数据生产的整层大气气溶胶光学厚度数据集、辅助数据集及元数据集的统称。

　　1

　　GB/T 41535—2022

　　4 基本要求

　　气溶胶光学厚度遥感产品真实性检验应符合 GB/T 36296—2018 中第 7 章的规定，同时：

　　a) 参考对象为已检遥感产品时，已检遥感产品的空间分辨率宜不低于待检气溶胶光学厚度遥感产品的空间分辨率;

　　b ) 参考对象的观测时间与待检气溶胶光学厚度遥感产品的观测时间相差不宜超过 30 min;

　　c) 参考对象宜具有区域代表性，覆盖待检气溶胶光学厚度遥感产品范围内的不同高程和地表覆盖;

　　d) 参考对象的气溶胶模型应包含待检气溶胶光学厚度遥感产品所有的气溶胶模型，如大陆型、沙尘型、城市型、乡村型等气溶胶模型。

　　5 检验方法

　　5 . 1 检验方法选择

　　根据参考对象的可获取性选择相应的检验方法：

　　a) 当有地面观测数据作为参考对象时，应采用直接检验法;

　　b ) 当仅有已检较高精度的气溶胶光学厚度遥感产品作为参考对象，应采用间接检验法。

　　5 . 2 直接检验法

　　直接检验法检验流程应符合 GB/T 36296—2018 中 8 . 1 的规定，主要操作流程见图 1,操作步骤如下：

　　a) 待检气溶胶光学厚度遥感产品基本信息获取：从待检气溶胶光学厚度遥感产品读取产品基本信息，包括产品的类别、地理投影、空间分辨率、空间范围、时间分辨率、观测时间等信息;

　　b ) 样本选择：按 GB/T 39468—2020 中 4 . 3 . 1 b) 的检验样本抽样方法进行样本选择;

　　c) 地面观测数据判断：根据待检气溶胶光学厚度遥感产品的空间范围判断在此范围内是否有已有地面观测数据(见附录 A) ;

　　d) 地面观测数据获取：若待检气溶胶光学厚度遥感产品空间范围内已有地面观测数据，则选取对应的已有地面观测数据;若无已有地面观测数据，则进行地面观测站点布设与数据采集，以获取地面观测数据，方法见附录 B ;

　　e) 空间匹配：将地面观测站点/样点数据与待检验的气溶胶光学厚度遥感产品像元进行空间匹配;

　　f) 时间匹配：将与待检气溶胶光学厚度遥感产品观测时间相差 30 min 内的所有地面观测数据进行时间插值，计算得到与待检气溶胶光学厚度遥感产品观测时间相同的地面观测数据;

　　g) 550 nm处气溶胶光学厚度计算：将经过时间匹配获取的地面观测数据进行光谱插值，计算得到 550 nm处的气溶胶光学厚度作为像元尺度相对真值;

　　h) 准确度评价：按 GB/T 36296—2018 中 6 . 1 的准确度评价指标定量表达待检气溶胶光学厚度遥感产品的准确度，准确度评价指标至少应包括均方根误差、相关系数;

　　i ) 不确定度分析：按 GB/T 36296—2018 中 6 . 2 的不确定度评价指标进行待检气溶胶光学厚度遥感产品的不确定度分析，不确定度评价指标至少应包括标准差。

　　2

　　GB/T 41535—2022

　　图 1 气溶胶光学厚度遥感产品直接检验法操作流程

　　5 . 3 间接检验法

　　间接检验流程应符合 GB/T 36296—2018 中 8 . 2 . 1 的规定，主要操作流程见图 2,操作步骤如下：

　　a) 待检气溶胶光学厚度遥感产品基本信息获取：从待检气溶胶光学厚度遥感产品读取产品基本信息，包括产品的类别、空间分辨率、空间范围、时间分辨率、观测时间等信息;

　　b ) 已检气溶胶光学厚度遥感产品选择：按照第 4 章中的规定选取准确度及不确定度已知且精度较高的已检气溶胶光学厚度遥感产品作为间接检验的参考对象;

　　c) 空间重采样：对已检气溶胶光学厚度遥感产品和待检气溶胶光学厚度遥感产品中空间分辨率高的产品进行空间重采样，使两者空间分辨率一致;

　　d) 时间匹配：宜计算与待检气溶胶光学厚度遥感产品观测时间 30 min 内的所有已检产品的算数平均值作为像元尺度的相对真值;

　　e) 样本选择：按 GB/T 39468—2020 中 5 . 2 的检验样本抽样方法进行样本选择;

　　f) 准确度评价：按 GB/T 36296—2018 中 6 . 1 的准确度评价指标定量表达待检气溶胶光学厚度遥感产品的准确度，准确度评价指标至少应包括均方根误差、相关系数;

　　g) 不确定度分析：按 GB/T 36296—2018 中 6 . 2 的不确定度评价指标进行待检气溶胶光学厚度遥

　　3

　　GB/T 41535—2022

　　感产品的不确定度分析，不确定度评价指标至少应包括标准差。

　　图 2 气溶胶光学厚度遥感产品间接检验法操作流程

　　6 检验报告

　　6 . 1 封面信息

　　检验报告封面应包括但不限于以下信息：

　　a) 检验报告编号;

　　b ) 检验报告名称;

　　c) 检验负责人;

　　d) 检验单位;

　　e) 送检单位;

　　f) 检验时间。

　　6 . 2 正文信息

　　6 . 2 . 1 气溶胶光学厚度遥感产品概述

　　对待检气溶胶光学厚度遥感产品进行简要描述，应包括但不限于：

　　a) 产品的名称、类型、数据源、地理参考(椭球体、投影方式);

　　b ) 产品的空间分辨率、空间覆盖范围、获取时间、时间分辨率;

　　c) 产品的光谱范围(光谱单位);

　　4

　　GB/T 41535—2022

　　d) 产品算法描述。

　　6 . 2 . 2 参考对象描述

　　对参考对象进行描述，应包括但不限于：

　　a) 参考对象的常规信息，包括类型、空间特征、时间特征、光谱信息(光谱单位);

　　b ) 参考对象的测量方法、测量仪器、数据格式;

　　c) 参考对象的精度。

　　6 . 2 . 3 检验方法及流程

　　对采用的检验方法和检验过程进行描述，应包括但不限于：

　　a) 检验方法和流程概述;

　　b ) 检验结果的评价指标;

　　c) 检验过程的记录;

　　d) 检验结果的存档。

　　6 . 2 . 4 真实性检验结论描述

　　对真实性检验的评价结果进行描述，应包括但不限于：

　　a) 真实性检验结果总体评价：描述所检验气溶胶光学厚度遥感产品的准确度;

　　b ) 分项指标评价：描述所检验气溶胶光学厚度遥感产品在研究区内不同区域、不同地表类型、不同气溶胶模型下的准确度;

　　c) 对产品的评价：通过对各项指标的评价和分析，给出所检验气溶胶光学厚度遥感产品的评价结果，包括产品准确度、不确定度。

　　6 . 2 . 5 附加信息

　　对产品真实性检验过程中的非常规问题进行说明与描述。

　　6 . 3 检验报告信息简表

　　气溶胶光学厚度遥感产品真实性检验报告信息简表编制见 GB/T 36296—2018 附录 D,样例见附录 C。

　　5

　　GB/T 41535—2022

　　附 录 A

　　(资料性)

　　气溶胶光学厚度地面观测数据列表

　　表 A. 1 给出了已公开发布的气溶胶光学厚度地面观测数据。

　　表 A.1 气溶胶光学厚度地面观测数据列表

　　数据集名称

　　观测量

　　时间分辨率

　　年限范围

　　站点分布

　　数据下载地址

　　气溶 胶 全 球 自 动 观 测

　　网 AERONET (AErosol

　　RObotic NETwork)

　　气溶胶光学厚

　　度及其他气溶

　　胶参数

　　15 min

　　1998 至今

　　843 个全球站点

　　https://aeronet.gsfc.nasa.gov/

　　new_web/ index.html

　　世界气象组织( WMO)

　　全球大气观测(GAW)

　　大气气溶胶光

　　学、物理、化学

　　参数，含气溶胶

　　光学厚度

　　1 h

　　1960 至今

　　28 个全球站点， 410 个区域站点

　　https://www. gaw-wdca. org/

　　Browse-Obtain-Data

　　法 国 气 溶 胶 观 测 网( Serviced ’Observation PHOTONS)

　　气溶胶光学厚

　　度及其他气溶

　　胶参数

　　15 min

　　1993 至今

　　25 个 法 国 区 域站点

　　数据已经接入 AERONET

　　加拿 大 太 阳 光 度 计 网

　　络 (AeroCan)

　　气溶胶光学厚

　　度及其他气溶

　　胶参数

　　15 h

　　2002 至今

　　20 个 加 拿 大 区域站点

　　数据已经接入 AERONET

　　澳大 利 亚 气 溶 胶 地 基

　　网络(AGSNet)

　　气溶胶光学厚

　　度及其他气溶

　　胶参数

　　15 min

　　1998 至今

　　9 个澳大利亚区域站点

　　数据已经接入 AERONET

　　日本气溶胶/辐射观测

　　网络(Skynet)

　　气溶胶光学厚

　　度及其他气溶

　　胶参数

　　15 min

　　1996 至今

　　53 个全球站点

　　https://www.skynet-isdc.org/

　　aboutSKYNET.php

　　中国 气 溶 胶 观 测 网 络( CAeroNet)

　　气溶胶光学厚

　　度及其他气溶

　　胶参数

　　15 mim

　　2002 至今

　　20 个 中 国 区 域站点

　　数据已经接入 AERONET

　　6

　　GB/T 41535—2022

　　附 录 B

　　(资料性)

　　气溶胶光学厚度地面观测

　　B.1 观测仪器

　　B.1 . 1 测量仪器名称

　　气溶胶光学厚度的地面观测仪器为太阳-天空辐射计。

　　B.1 . 2 测量波长

　　太阳-天空辐射计一般涵盖 340 nm~1 640 nm,通常选择受气体吸收影响较小的大气窗口通道，光谱带宽控制在 20 nm 以内。 其中 500 nm 和 1 020 nm光谱通道用于数据质量控制。

　　B.1 . 3 仪器视场角

　　太阳-天空辐射计为小视场角测量设备，视场角一般为 1 . 2°~1 . 3°, 以确保光路正对太阳，避免天空杂散光影响。

　　B.1 . 4 太阳追踪精度

　　太阳追踪精度优于 0 . 05°, 以确保高精度太阳直射辐射测量。

　　B.1 . 5 其他技术指标

　　观测仪器的其他技术指标包括：

　　a) 具有高灵敏度线性响应特征，具体特征包括：

　　1) 测量设备在日晕模式(以太阳为中心的 6°范围内观测)下，信噪比优于 95 dB;

　　2) 输出信号与可变增益的相关系数优于 0 . 99 。

　　b ) 具有大范围环境温度(-30 ℃ ~60 ℃)适应能力，可在不同季节和不同区域开展测量。

　　B.2 仪器使用

　　B.2 . 1 场站选择

　　气溶胶光学厚度观测场站的选择需要满足以下条件：

　　a) 场站周边向外大视野需 360°开阔，10°仰角范围内应没有明显的视野遮挡;

　　b ) 场站所在地周围环境状况相对稳定，无强电磁干扰，周围有稳定可靠的电力供应和避雷设备。

　　B.2 . 2 仪器的安装与调试

　　B.2 . 2 . 1 安装调试说明

　　仪器安装与调试参照用户手册的规定执行，并检验仪器各参数指标：

　　a) 工作电压满足设备运行需求;

　　b ) 仪器时间与 GPS 时间差异小于 2 s ;

　　c) 连接光学头和控制盒的数据线，弯折处与进光筒顶部齐平。

　　对于长期观测，应定期检查 a) ~c) 中各参数指标。

　　7

　　GB/T 41535—2022

　　B.2 . 2 . 2 安装前检查工作

　　安装前需检查仪器外观是否松动和损坏，检查各组件是否齐全。

　　B.2 . 2 . 3 仪器参数设置

　　根据仪器使用说明，对仪器参数进行设置，包括但不限于 日期、时间、国家代码、站号、仪器编号、当地经纬度参数等。

　　B.2 . 2 . 4 观测模式设置

　　根据工作需要将仪器设置为手动或者自动模式。 在设置为 自动模式前，需再次检查 日期、时间、国家代码、站号、仪器编号、当地经纬度等参数，确认无误后将手动模式变更为自动模式。

　　B.2 . 2 . 5 仪器拆卸

　　先将仪器的自动观测模式更改为手动观测模式，然后将控制箱设置成待机状态，最后将各部件拆下，依次放入运输箱内，并用海绵、泡沫等保护好以确保运输安全。

　　B.2 . 3 数据采集

　　B.2 . 3 . 1 概述

　　数据采集以远程无线自动采集为主，也可以手动采集。

　　B.2 . 3 . 2 手动采集

　　观测应选择在晴朗无云的时刻进行，仪器应正对太阳。 一般每 日测量不少于 3 次，每次测量不少于10 组，观测时间可选在卫星过境时刻前后半小时或每 日 的 9 :00、12 :00、15 : 00 。

　　观测前后应进行暗电流测量，并记录天气状况。

　　B.2 . 3 . 3 自动采集

　　设置仪器开启 自动观测模式，每隔 3 min~15 min 执行太阳直射辐射测量，并自动保存观测数据。通过串口线将数据导入电脑。

　　B.2 . 4 仪器标定

　　B.2 . 4 . 1 概述

　　仪器初次使用前可采用 Langley定标方法或传递定标方法进行校准。 长时间使用时，宜每隔 6 个月对观测设备进行校准;偶尔使用时，需在使用前对观测设备进行校准。 定标需在有相关资质的单位进行，以保证仪器的观测精度。 进行仪器标定时，可参照以下规则：

　　a) 至少使用 10 组定标结果进行平均处理，减少随机误差;

　　b ) 多组定标结果的变异系数(标准差/均值)需满足以下标准：

　　1) 可见光至近红外波段的变异系数小于 0 . 5% ;

　　2) 紫外波段的变异系数小于 2%。

　　c) 在一个时间段观测气溶胶后，可计算观测前定标系数与观测后定标系数，按时间轴进行线性插值，得到每个观测时刻新的定标系数，进行气溶胶光学厚度再计算。

　　B.2.4.2 Langley定标方法

　　在大气相对稳定情况下，假设大气总光学厚度不随时间发生变化，在不同大气质量数变动的情况下

　　8

　　GB/T 41535—2022

　　对太阳直射辐射进行一系列测量，通过直线外插方式得到大气质量数为 0 时的信号值，即为仪器的定标系数。 需要强调的是，Langley定标方法对场地环境和大气条件有十分严格的要求，一般选择在远离人类活动的高海拔火山岛(海拔大于 2 000 m),且选择在特别清洁的天气条件下进行。

　　B.2 . 4 . 3 传递定标方法

　　在同一地点，天空晴朗无云时刻进行观测，相同时刻两台仪器(中心波长差异很小，忽略不计)得到的气溶胶光学厚度应一致，则两台仪器同时获得的观测之比应等于两者仪器定标系数之比。 用于标定的仪器定标系数由 B. 2 . 4 . 2 中的 Langley定标获得。 开展传递定标时的注意事项包括：

　　a) 传递定标应保证不同仪器时间差小于 3 s ;

　　b ) 传递定标应选择中午时段(11:00~14:00) 的观测数据进行定标系数计算。

　　B.3 数据处理与质量控制

　　B.3 . 1 数据处理

　　根据 B. 2 . 4 中的仪器定标方法所获得的定标系数，将原始数据处理为气溶胶光学厚度和其他反演产品。

　　B.3 . 2 数据质量控制

　　B.3 . 2 . 1 温度效应校准

　　利用温度控制箱，测量各波段温度校正系数，校准测量信号到室温(25 ℃)信号值。

　　不具备温度控制箱设施时，按照以下系数校准观测信号：

　　a) 1 020 nm 波段温度校准系数为 0.002 337 ;

　　b ) 其余波段温度校准系数为 0 。

　　B.3 . 2 . 2 云污染数据剔除

　　按照以下 5 个步骤剔除云污染数据。

　　a) 数据质量检查：

　　剔除气溶胶光学厚度小于 0 和大气质量数大于 5 的观测结果。

　　b ) 3 次联测稳定性检查：

　　首先剔除 3 次联测气溶胶光学厚度中最大值与最小值之差大于 0 . 02 的观测结果，其次剔除3 次联测气溶胶光学厚度中最大值与最小值之差大于 3 次平均值 0 . 03 倍的观测结果。

　　c) 日观测连续性检查：

　　一天内 500 nm处大气溶胶光学厚度的标准差小于 0 . 015 时，执行步骤 e),否则执行步骤 d) 。

　　d) 日连续观测平滑性检查：

　　1) 计算一天内气溶胶光学厚度值随时间的二次差分值均方根 D;

　　2) 若 D 大于 16,剔除对 D 贡献最大的一组数据，然后对剩余数据重新计算 D;当剩余数据个数大于 3,若 D 仍大于 16,剔除该天所有观测数据。