Optimized identification of worldwide radiometric pseudo-invariant calibration sites

Abstract

Long-term radiometric stability monitoring of visible and near-infrared Earth observing sensors has been enhanced over the past decade through the use of pseudo-invariant calibration sites on the Earth's surface. Significant work has been done to characterize sites primarily in the Sahara and Middle East desert regions, with some additional work at other locations throughout the world. The work described in this paper attempts to locate those sites that can be considered optimal from a temporal stability measure. To accomplish this, an invariant site identification algorithm was developed that can locate a statistically optimal region in an automated fashion. Results generated from studying virtually all previously identified pseudo-invariant sites indicate that there are six sites in the Sahara and Middle East that can achieve variabilities as low as 2% in the visible and near infrared (VNIR) and 2%–3% in the shortwave infrared (SWIR). The Sonoran Desert site was identified in North America and produces 2%–3% variabilities in the VNIR and 4%–5% in the SWIR. In addition, it has a large amount of historical data available for calibration of historic sensors. Additional sites in Dunhuang, China, and Barreal Blanco, Argentina, show excellent potential for long-term monitoring using high-altitude desert sites as well as potential for improved monitoring in the SWIR region. Lastly, regular acquisition of these sites by current and future Earth observing sensors is strongly recommended for additional reductions in uncertainties associated with these sites, for cost-effective monitoring of sensor stability, and for sensor cross-calibration.

Le suivi de la stabilité radiométrique à long terme des capteurs d'observation de la Terre opérant dans le visible et le proche infrarouge a été amélioré au cours des dernières décennies grâce à l'utilisation de sites d'étalonnage pseudo-invariants répartis à la surface du globe. Des travaux de recherche importants ont été réalisés pour caractériser différents sites surtout dans les régions désertiques du Sahara et du Moyen-Orient, en plus des efforts additionnels réalisés dans d'autres régions à travers le monde. Les travaux décrits dans cet article tentent de localiser les sites qui peuvent être considérés comme optimum au plan de la mesure de la stabilité temporelle. Pour accomplir cette tâche, un algorithme d'identification de sites invariants a été développé pour localiser de façon automatique une région statistiquement optimale. Les résultats dérivés de l'étude de pratiquement tous les sites identifiés préalablement comme étant pseudo-invariants indiquent qu'il y a six sites dans le Sahara et au Moyen-Orient qui permettent d'atteindre des variabilités aussi faibles que 2 % dans le visible et proche infrarouge (VNIR) et de 2 %–3 % dans l'infrarouge à onde courte (SWIR). Le site du désert de Sonora a ainsi été identifié en Amérique du Nord et ce dernier produit des variabilités de 2 %–3 % dans le VNIR et de 4 %–5 % dans le SWIR. De plus, le site dispose d'une grande quantité de données historiques disponibles pour l'étalonnage des capteurs existants. D'autres sites à Dunhuang, en Chine, et à Barreal Blanco, en Argentine, montrent également un excellent potentiel pour le suivi à long terme au moyen de sites désertiques en haute altitude de même qu'un potentiel pour un meilleur suivi dans la région du SWIR. Enfin, il est fortement recommandé d'effectuer des acquisitions régulières sur ces sites à l'aide des capteurs d'observation de la Terre actuels et futurs afin de réduire davantage les incertitudes associées à ces sites dans le contexte du suivi à moindre coût de la stabilité des capteurs et pour l'étalonnage croisé de ces capteurs.

[Traduit par la Rédaction]