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提取SMOS L1C数据内容之一:SMOS数据体系

已有 3888 次阅读 2018-12-28 22:16 |系统分类:科研笔记

今天又有外校同学发邮件询问SMOS L1C数据内容的提取问题。目前国内机构大多使用L3产品,很少使用L2数据,而能够用到L1数据的,更是少之又少。

说到L1C数据内容的提取,必须首先请大家了解SMOS的数据体系,目前有6个级别:

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.”,以光电子等形式记录的原始信号值。

L0级:“These are SMOS payload data in so-called Source Packets with added Earth Explorer product headers.”,在原始数据的基础上加上了“向导性”的头文件。

L1级:观测亮温数据,又分三个级别:

    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.”在这一句描述中已经非常全面的说明了1A数据的内容。这是SMOS 69个传感器 - 每一个、独立的 - 所获得的电磁波信号。

    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.”此时出现了“亮温”字眼,是以“综合”孔径方式对69个独立传感器的观测信息以影像方式进行 - 整体 - 重建的观测亮温。从此级以上,使用这些数据的研究人员大多来自信号、电子、物理等硬件方向,一般的遥感研究者不会涉及到这个层面。

    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°.”此时的数据即可被一般遥感研究者使用了,可以说是经过预处理后的观测亮温数据。请大家注意后面的一句话,在这个级别上又分出了两类,其一是“科学”数据,存储了SMOS多角度观测亮温数据,相当于“原始数据”,文件名中会有“F”字样标记,一条大小约为100+M,其二是“浏览”数据,只存储了经过内插(插值方法为DFT - 离散傅里叶变换内插)处理后的固定入射角42.5°的亮温数据,文件名中用“B”字样标记

L2级:反演土壤水分(海洋盐度或其他参量)数据,“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打开一条L2数据,除了土壤水分反演结果外,请大家特别关注其中的亮温数据,例如“TB_ASL_Theta_B_H”,从它的属性说明里可以看到,“Surface level TB (corrected from sky/atmosphere contribution) computed from forward model with a specific incidence angle of 42.5°, and for H polarisation”,这是42.5°角度下由正向模型计算得到的亮温,即所谓的模拟量。而土壤水分反演正是由观测(L1)与模拟(L2)通过建立最小价值函数(cost function)以迭代的方式求取的。

L3级:单日土壤水分合成产品,“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.”从这一级别开始,我一般称之为产品,因为其中的土壤水分不是“原始的”反演结果,而是在L2数据的基础上,对单日内所有半轨数据的合成,因此必然存在重采样的问题。

L4级:全球土壤水分高级产品,例如根区土壤水分。

需要说明的是,目前我组的研究主要是围绕L1CL2数据展开的。对L3L4数据不太了解。以上信息照搬自SMOS官网及其上提供的文档资料,他们的网站做的很细致,绝大多数问题都可以在上面找到答案。

本篇先跟大家交流一下SMOS的数据体系,下一篇博文中具体讲解L1C数据的读取。

另外,欢迎大家的询问,但请在邮件中自报师门和研究方向!




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