Radiómetro avanzado de muy alta resolución

Rao y Chen [1995] utilizan el desierto de Libia como objetivo de calibración radiométricamente estable para derivar tasas de degradación anuales relativas para los canales 1 y 2 de los sensores AVHRR a bordo de los satélites NOAA-7, -9 y -11. Además, con una campaña de campo aérea sobre el sitio del desierto de White Sands en Nuevo México, EE. UU. [Véase Smith et al., 1988], se transfirió una calibración absoluta para NOAA-9 desde un espectrómetro bien calibrado a bordo de un avión U-2 que volaba a una altitud de ~18  km en una trayectoria congruente con el satélite NOAA-9 en lo alto. Después de corregir la degradación relativa, la calibración absoluta de NOAA-9 se transfiere a NOAA −7 y −11 mediante una relación lineal que utiliza observaciones del desierto libio restringidas a geometrías de visión similares y fechas del mismo mes calendario [Rao y Chen, 1995], y cualquier degradación del sensor se corrige ajustando la pendiente (en función de los días posteriores al lanzamiento) entre el albedo y la señal de conteo digital registrada [Rao y Chen, 1999].

En otro método similar que utiliza objetivos de superficie, Loeb [1997] utiliza superficies de hielo uniformes espaciotemporales en Groenlandia y la Antártida para producir curvas de calibración de reflectancia polinómicas de segundo orden en función del ángulo cenital solar ; las reflectancias cercanas al nadir calibradas del NOAA-9 se utilizan para generar las curvas que luego pueden derivar las calibraciones para otros AHVRR en órbita (por ejemplo, NOAA-11, -12 y -14).

Se descubrió que la relación de los coeficientes de calibración derivados por Loeb [1997] y Rao y Chen [1995] es independiente del ángulo cenital solar, lo que implica que las curvas de calibración derivadas de NOAA-9 proporcionan una relación precisa entre el ángulo cenital solar y la reflectancia observada sobre Groenlandia y la Antártida.

Iwabuchi [2003] empleó un método para calibrar NOAA-11 y -14 que utiliza observaciones de reflectancia de nubes estratos y océanos en cielo despejado en una región del Pacífico Noroccidental y cálculos de transferencia radiativa de una atmósfera molecular teórica para calibrar AVHRR Ch. 1. Utilizando un mes de observaciones en cielo despejado sobre el océano, se realiza una estimación inicial mínima de la pendiente de calibración. Luego se utiliza un método iterativo para lograr los valores óptimos de pendiente para Ch. 1 con correcciones de pendiente que ajustan las incertidumbres en la reflectancia del océano, el vapor de agua, el ozono y el ruido. Posteriormente, se calibra Ch. 2 bajo la condición de que el espesor óptico de las nubes estratos en ambos canales debe ser el mismo (espectralmente uniforme en el visible) si sus calibraciones son correctas [Iwabuchi, 2003].

Un método de calibración más contemporáneo para AVHRR utiliza las capacidades de calibración en órbita de los canales VIS/IR de MODIS . Vermote y Saleous [2006] presentan una metodología que utiliza MODIS para caracterizar la BRDF de un sitio desértico invariable. Debido a las diferencias en las bandas espectrales utilizadas para los canales de los instrumentos, se derivaron ecuaciones de traslación espectral para transferir con precisión la calibración, teniendo en cuenta estas diferencias. Finalmente, la relación entre el AVHRR observado y el modelado a partir de la observación de MODIS se utiliza para determinar la degradación del sensor y ajustar la calibración en consecuencia.

Los métodos para extender la calibración y la continuidad del registro también utilizan actividades de calibración similares [Heidinger et al., 2010].

Brest y Rossow [1992], y la metodología actualizada [Brest et al., 1997], propusieron un método robusto para la monitorización de la calibración de sensores individuales y la normalización de todos los sensores a un estándar común. El método del Proyecto Internacional de Climatología de Nubes por Satélite (ISCCP) comienza con la detección de nubes y correcciones para el ozono, la dispersión de Rayleigh y las variaciones estacionales de la irradiancia para producir reflectancias superficiales. A continuación, se generan histogramas mensuales de reflectancia superficial para diversos tipos de superficie, y se aplican varios límites de histograma como filtro a las observaciones originales del sensor, que finalmente se agregan para producir una reflectancia superficial global libre de nubes.

Tras el filtrado, los mapas globales se dividen en mapas de reflectancia superficial promedio mensual, dos mapas de reflectancia superficial quincenal y un mapa de reflectancia total promedio. Los mapas de reflectancia superficial promedio mensual se utilizan para detectar tendencias a largo plazo en la calibración. Los mapas de reflectancia superficial quincenal se comparan entre sí y se utilizan para detectar cambios a corto plazo en la calibración.

Finalmente, los mapas TOTALES se utilizan para detectar y evaluar sesgos en la metodología de procesamiento. También se examinan los histogramas objetivo, ya que es probable que los cambios en las reflectancias modales y en la población sean resultado de cambios en la calibración.

La continuidad del registro a largo plazo se logra mediante la normalización entre dos sensores. Primero, se procesan las observaciones del período operativo superpuesto de ambos sensores. A continuación, se comparan los dos mapas globales de superficie mediante un diagrama de dispersión . Además, se corrigen las observaciones para compensar los cambios en el ángulo cenital solar causados ​​por la deriva orbital. Finalmente, se ajusta una línea para determinar la deriva global a largo plazo en la calibración y, una vez corregida la deriva de un sensor, se realiza la normalización de las observaciones que ocurren durante el mismo período operativo [Brest et al., 1997].

Otro método reciente para la calibración absoluta del registro AHVRR utiliza el sensor MODIS contemporáneo a bordo de los satélites TERRA y AQUA de la NASA. El instrumento MODIS tiene una alta precisión de calibración y puede rastrear sus propios cambios radiométricos debido a la inclusión de un sistema de calibración a bordo para la región espectral VIS/NIR [MCST]. El siguiente método utiliza la alta precisión de MODIS para calibrar absolutamente los AVHRR a través de sobrevuelos nadir simultáneos (SNO) de pares de satélites MODIS/AVHRR y AVHRR/AVHRR, así como reflectancias de superficie caracterizadas por MODIS para un objetivo del desierto libio y Dome-C en la Antártida [Heidinger et al., 2010]. En última instancia, cada evento de calibración individual disponible (MODIS/AVHRR SNO, Dome C, desierto libio o AVHRR/AVHRR SNO) se utiliza para proporcionar una serie temporal de pendiente de calibración para un sensor AVHRR dado. Heidinger et al. [2010] utilizan un polinomio de segundo orden de un ajuste de mínimos cuadrados para determinar la serie temporal.

El primer paso consiste en utilizar un modelo de transferencia radiativa que convertirá las escenas MODIS observadas en aquellas que vería un AVHRR perfectamente calibrado. Para las ocurrencias de SNO MODIS/AVHRR, se determinó que la relación de radiancias AVHRR a MODIS en los canales 1 y 2 se modela bien mediante un polinomio de segundo orden de la radio de reflectancias MODIS en los canales 17 y 18. Los canales 17 y 18 se encuentran en una región espectral (0,94 mm) sensible al vapor de agua atmosférico, una cantidad que afecta la calibración precisa del canal 2 del AVHRR. Utilizando la relación entre los canales 17 y 18, se obtiene una estimación precisa del agua precipitable total (TPW) para aumentar aún más la precisión de las calibraciones SNO MODIS a AVHRR. Los sitios de calibración del desierto libio y Dome-C se utilizan cuando no ocurren SNO MODIS/AVHRR. Aquí, la relación de reflectancias AVHRR/MODIS se modela como un polinomio de tercer orden utilizando el logaritmo natural de TWP del reanálisis NCEP. Mediante estos dos métodos, se generan pendientes de calibración mensuales con un ajuste lineal que pasa por el origen de las reflectancias MODIS ajustadas frente a los recuentos AVHRR.

Para extender la referencia MODIS para AVHRR anteriores a la era MODIS (antes del año 2000), Heidinger et al. [2010] utilizan los objetivos terrestres estables de Dome C en la Antártida y el desierto de Libia. Se determinan las reflectancias nadir medias de MODIS sobre el objetivo y se grafican en función del ángulo cenital solar. Los recuentos de observaciones AVHRR para un ángulo cenital solar dado y la reflectancia MODIS correspondiente, corregida para TWP, se utilizan para determinar qué valor AVHRR tendría si contara con la calibración MODIS. Ahora se calcula la pendiente de calibración.

Un método final utilizado por Heidinger et al. [2010] para extender la calibración de MODIS a AVHRR que operaron fuera de la era MODIS es mediante SNO AVHRR/AVHRR directos. En este caso, se grafican los conteos de los AVHRR y se calcula una regresión que pasa por el origen. Esta regresión se utiliza para transferir la calibración precisa de las reflectancias de un AVHRR a los conteos de un AVHRR sin calibrar y generar pendientes de calibración apropiadas. Estos SNO AVHRR/AVHRR no proporcionan un punto de calibración absoluto por sí mismos; más bien, actúan como anclas para la calibración relativa entre AVHRR que se puede utilizar para transferir la calibración MODIS final.