Characterization of CRCS Dunhuang test site and vicarious calibration utilization for Fengyun (FY) series sensors

Abstract

The Dunhuang test site, one of the China Radiometric Calibration Sites (CRCS) for the vicarious calibration (VC) of Chinese spaceborne sensors, was selected in 2008 by the Working Group on Calibration and Validation (WGCV) of the Committee on Earth Observation Satellites (CEOS) as one of the instrumented reference sites. The site is spatially uniform with a coefficient of variation (CV) (standard deviation / mean) less than 2% of spectral reflectance over the 10 km × 10 km central region, based on the imagery of the Medium Resolution Spectral Imager (MERSI) onboard the Fengyun 3A (FY-3A) satellite. This result is also proven by several ground truth measurements. The surface spectral reflectance is temporally stable with a CV of about 3% from 7-year Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) surface albedo product and has been validated using the ground-based measurement eight times in 10 years. Several calibration/validation (Cal/Val) field campaigns for the site evaluation and VC have been conducted since 1999, and a database including atmospheric and surface characteristics has been established. The aerosol optical depth (AOD) at the Dunhuang site is low (τ₅₅₀ is about 0.2), except for the dusty spring season from March to May. The surface reflectance of this site is about 15%–30% from the visible to near-infrared spectral region. The site surface is not Lambertian, with clearly direction-dependent reflectance variation especially at the large solar or observation zenith angles. The CRCS VC was the baseline operational calibration approach from 2002 for the Multichannel Visible and Infrared Scanning Radiometer (MVISR) onboard the FY-1C and FY-1D satellites. The approach is inherited by the optical imaging sensors (Visible and Infrared Radiometer (VIRR) and MERSI) of the Chinese second-generation polar-orbiting satellite FY-3A. The CRCS VC is used not only to correct the significant bias of preflight calibration in some bands of these sensors but also to monitor the sensor radiometric degradation. The Dunhuang site can also be used as the earth target in the cross-calibration for the FY satellite sensors.

Le site témoin de Dunhuang, un des sites d'étalonnage radiométrique de la Chine (« China Radiometric Calibration Sites » (CRCS)) pour l'étalonnage vicaire des capteurs satellitaires chinois a été choisi en 2008 par le Groupe de travail sur l'étalonnage et la validation (« Working Group on Calibration and Validation » (WGCV)) du Comité sur les satellites d'observation de la Terre (« Committee on Earth Observation Satellites » (CEOS)) comme site de référence muni d'instruments. Le site est spatialement uniforme avec un coefficient de variation (écart type/moyenne) de moins de 2 % au niveau de la réflectance spectrale au-dessus de sa portion centrale de 10 km × 10 km basé sur les images du capteur MERSI (« Medium Resolution Spectral Imager ») à bord du satellite FY-3A. Ce résultat est aussi démontré par de nombreuses mesures de réalité de terrain. La réflectance spectrale de surface est temporairement stable, avec un coefficient de variation d'environ 3 % à partir du produit d'albédo de surface de 7 ans de MODIS (« Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer ») et celle-ci a été validée à l'aide de mesures de terrain acquises à huit reprises en dix ans. Plusieurs campagnes de mesures au sol d'étalonnage/validation (Cal/Val) ont été menées depuis 1999 pour évaluer le site ainsi que son coefficient de variation et une base de données incluant des données sur les caractéristiques atmosphériques et de surface a été élaborée. L'épaisseur optique des aérosols (AOD) sur le site de Dunhuang est faible (τ₅₅₀ d'environ 0,2) au cours d'une année, sauf durant la saison poussiéreuse du printemps, de mars à mai. La réflectance de surface du site est d'environ 15 % – 30 % dans la région spectrale du visible au proche infrarouge. La surface du site n'est pas lambertienne et celle-ci affiche une variation de réflectance clairement dépendante de la direction, spécialement pour les grands angles zénithaux solaires ou d'observation. Le coefficient de variation du site de la CRCS était à la base de l'approche opérationnelle d'étalonnage de référence à partir de 2002 pour le capteur MVISR (« Multichannel Visible and Infrared Scanning Radiometer ») à bord des satellites FY-1C/1D. Cette approche s'applique également aux capteurs imageurs optiques (« Visible and Infrared Radiometer » (VIRR) et MERSI) de la seconde génération du satellite chinois FY-3A sur orbite polaire. Le coefficient de variation de la CRCS n'est pas uniquement utilisé pour corriger le biais significatif de l'étalonnage pré-lancement dans certaines bandes de ces capteurs, mais également pour faire le suivi de la dégradation radiométrique des capteurs. Le site de Dunhuang peut aussi être utilisé comme cible terrestre pour l'étalonnage croisé des capteurs des satellites de la série FY.

[Traduit par la Rédaction]

Acknowledgements

The authors would like to acknowledge the support of all the members of the CRCS project group for their persistent efforts in the past 10 years in establishing the CRCS Dunhuang site for vicarious calibration of satellite instruments. The authors wish to thank the National Basic Research Program 973 of China (ID 2010CB950802) for the financial support for this work. This research is supported by project 863 (ID 2007AA12Z145) from the Ministry of Science and Technology (MOST) and is also supported by the Society Wellfare Project (Meteorology) from the Ministry of Finance (ID GYHY200906036) and the Science and Technology Support Project from MOST (ID 2008BAC40B01 and 2008BAC40B03).