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提取SMOS L1C數據內容之一:SMOS數據體系

已有 930 次閱讀 2018-12-28 22:16 |系統分類:科研筆記

今天又有外校同學發郵件詢問SMOS L1C數據內容的提取問題。目前國內機構大多使用L3產品,很少使用L2數據,而能夠用到L1數據的,更是少之又少。

說到L1C數據內容的提取,必須首先請大家了解SMOS的數據體系,目前有6個級別:

RAW:“These are SMOS Payload data in their original format (CCSDS packets) comprised of instrument observation data and housekeeping telemetry, as received from the satellite.”,以光電子等形式記錄的原始信號值。

L0級:“These are SMOS payload data in so-called Source Packets with added Earth Explorer product headers.”,在原始數據的基礎上加上了“向導性”的頭文件。

L1級:觀測亮溫數據,又分三個級別:

    1A Reformatted and calibrated observation and housekeeping data in engineering units. Scientific SMOS Level 1A products are the so-called calibrated visibilities between the individual antenna receivers prior to applying image reconstruction, and in full polarisation.”在這一句描述中已經非常全面的說明了1A數據的內容。這是SMOS 69個傳感器 - 每一個、獨立的 - 所獲得的電磁波信號。

    1B Output of the image reconstruction of the SMOS observation measurements and consist of Fourier components of brightness temperatures in the antenna polarisation reference frame.”此時出現了“亮溫”字眼,是以“綜合”孔徑方式對69個獨立傳感器的觀測信息以影像方式進行 - 整體 - 重建的觀測亮溫。從此級以上,使用這些數據的研究人員大多來自信號、電子、物理等硬件方向,一般的遙感研究者不會涉及到這個層面。

    1C Multi-incidence angle brightness temperatures at the top of the atmosphere, geolocated in an equal-area grid system (15Km, ISEA 4H9 grid). …… For each Level 1C product there is also a browse product containing the brightness temperatures averaged for an incidence angle of 42.5°.”此時的數據即可被一般遙感研究者使用了,可以說是經過預處理后的觀測亮溫數據。請大家注意后面的一句話,在這個級別上又分出了兩類,其一是“科學”數據,存儲了SMOS多角度觀測亮溫數據,相當于“原始數據”,文件名中會有“F”字樣標記,一條大小約為100+M,其二是“瀏覽”數據,只存儲了經過內插(插值方法為DFT - 離散傅里葉變換內插)處理后的固定入射角42.5°的亮溫數據,文件名中用“B”字樣標記。

L2級:反演土壤水分(海洋鹽度或其他參量)數據,“The product contains the retrieved swath-based soil moisture, vegetation optical depth and other ancillary data derived during the processing (surface temperature, roughness parameter, dielectric constant, brightness temperature at the top of the atmosphere and at the surface) with their corresponding uncertainties.”用SNAP打開一條L2數據,除了土壤水分反演結果外,請大家特別關注其中的亮溫數據,例如“TB_ASL_Theta_B_H”,從它的屬性說明里可以看到,“Surface level TB (corrected from sky/atmosphere contribution) computed from forward model with a specific incidence angle of 42.5°, and for H polarisation”,這是42.5°角度下由正向模型計算得到的亮溫,即所謂的模擬量。而土壤水分反演正是由觀測(L1)與模擬(L2)通過建立最小價值函數(cost function)以迭代的方式求取的。

L3級:單日土壤水分合成產品,“For Sea Surface Salinity and Soil Moisture level 3 and 4 data products see the national French and Spanish processing entities: Centre Aval de Traitement des Données SMOS (CATDS) and SMOS CP34.”從這一級別開始,我一般稱之為產品,因為其中的土壤水分不是“原始的”反演結果,而是在L2數據的基礎上,對單日內所有半軌數據的合成,因此必然存在重采樣的問題。

L4級:全球土壤水分高級產品,例如根區土壤水分。

需要說明的是,目前我組的研究主要是圍繞L1C、L2數據展開的。對L3、L4數據不太了解。以上信息照搬自SMOS官網及其上提供的文檔資料,他們的網站做的很細致,絕大多數問題都可以在上面找到答案。

本篇先跟大家交流一下SMOS的數據體系,下一篇博文中具體講解L1C數據的讀取。

另外,歡迎大家的詢問,但請在郵件中自報師門和研究方向!




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