近日，团队联合国家空间科学中心等研究机构在地球科学与遥感学会会刊TGRS（IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing）上发表了题为“Assessment of Ocean Color Products From the New Generation Himawari-8 AHI Geostationary Satellite and Its Application in the Calculation of the Photosynthetically Active Radiation”的论文，介绍了团队在海色遥感产品评估和光合有效辐射算法研制方面的最新工作。

海色，一般是指海水所呈现的颜色，与海水的光学特性联系紧密，对海洋环境监测具有重要意义。近年来，随着遥感技术的迅速发展，卫星遥感数据在环境监测和气候研究等领域的应用越来越广泛。其中，基于卫星数据的海色遥感是研究海洋环境和海洋生态系统变化的重要手段之一。

Himawari-8气象卫星搭载的AHI传感器具备以下特性：10分钟的时间分辨率、0.5至2公里的空间分辨率，并且能够广泛覆盖太平洋及其邻近海域。AHI三级海色产品提供了六种不同参数的小时级数据，包括：470nm、510nm和640nm波长下的离水辐射（分别表示为Lwn470、Lwn510和Lwn640），510nm波长下的气溶胶光学厚度（AOT510），叶绿素a浓度（Chlor-a）以及Ångström指数（AE）。然而，当前对AHI海色产品的全面评估和误差来源的不确定性分析仍存在不足，基于此，团队首次对2015年7月至2022年10月期间的AHI三级海色数据进行了全面的验证和评估。

图1表明AHI海色产品与AERONET-OC 地基观测数据基本一致，R值在0.756 ~ 0.837之间。其中，Lwn510的相关性最高，Lwn640的误差最小，但AE值被显著低估。另外，本研究通过地基数据对AHI海色产品的误差来源进行不确定性分析，包括叶绿素-a数据与地面测量数据的不确定性分析、AOT和AE数据与地面测量的不确定性分析。

本研究还探究了各种类型的气溶胶（如灰尘、海盐、黑碳、硫酸盐和有机物）和Chlor-a对光合有效辐射（PAR）计算的影响，并基于大气-海洋耦合的辐射传输模式开发了一个能反演晴空条件下PAR的算法。进一步，通过计算PAR的辐射强迫（PARF）定量评估了气溶胶和Chlor-a对PAR的影响。图2和图3分别为2021年5月沙尘事件发生前后南黄海Chlor-a、AOT510、PAR和PARF值的详细时间变化图（逐日和逐小时）和空间分布图。结果表明，沙尘气溶胶浓度增加期间，AOT为0.82，晴空条件下平均日间PARF为−42.469 W/m²。沙尘事件一到两天之后，Chlor-a平均水平显著升高。这些发现表明，AOT和PAR会立即受到沙尘的影响，但海洋生态系统需要一段时间才能做出响应（即Chlor-a的延迟响应）。这种延迟响应可能是因为沙尘带来的营养物质需要一段时间才能被海洋生物吸收和利用，从而影响叶绿素a的浓度。

研究成果发表于IEEE地球科学与遥感学会会刊(中科院一区) IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing。中国科学院空天信息创新研究院遥感与数字地球重点实验室在读硕士生陈剑霞为第一作者，石崇研究员、殷帅副研究员为论文通讯作者，合作作者包括胡斯勒图研究员和汤臣乾硕士、国家空间科学中心的许健研究员、四川理工大学人工智能四川省重点实验室的马润讲师等。研究工作得到国家自然科学基金项目和四川省自然科学基金项目的大力支持。

原文链接：https://ieeexplore.ieee.org/document/10749985

Chen, J., Shi, C., Zhao, B., Yin, S., Tang, C., Letu, H., Xu, J., & Ma, R. (2024). Assessment of Ocean Color Products from the New Generation Himawari-8 AHI Geostationary Satellite and Its Application in the Calculation of the Photosynthetically Active Radiation. IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, 1–1. https://doi.org/10.1109/TGRS.2024.3494797.

图1 海色产品的总体对比

图2 (a) 2021年5月1日至13日沙尘事件后南黄海中部AOT510、Chlor-a、PAR和PARF值的日平均变化。(b) AOT510、(c)Chlor-a和(d) PAR在5月5日至9日UTC时间0点至9点的每小时平均变化

图3 2021年5月南黄海Chlor-a、AOT510、PAR和PARF值的空间分布图