我国于2023年11月发射了新一代海洋水色卫星（HY-1E或HY-3A，以下简称HY-1E），标志着我国海洋水色卫星升级到第二代技术体系，大幅提升了我国对全球海洋生态资源、环境与灾害的实时监测能力。HY-1E卫星搭载的主要载荷之一是第二代水色水温扫描仪COCTS2（New generation Chinese Ocean Color and Temperature Scanner），首次增加了短波红外观测谱段，使其完整具备了从紫外到短波红外的全谱段水色观测能力，有效地提高了卫星数据在不同水体条件下的适用性。由于水体反射率低，卫星观测总辐射的近90%来自大气散射、水面反射等干扰信号，真正来自水中的离水辐射仅占卫星接收信号的10%左右。因此，如何从卫星接收辐射信号中精确地去除大气散射、水面反射辐射，提取出离水辐射这一目标辐射信号，是水色卫星遥感资料处理与应用的核心关键技术之一，该过程也被称为大气校正。

精确大气校正算法构建依赖于海-气耦合矢量辐射传输模型，何贤强研究员前期自主研发了综合考虑地球曲率、粗糙海面、辐射偏振的海-气耦合矢量辐射传输模型PCOART，为我国海洋水色系列卫星资料大气校正处理提供了核心模型。本研究基于PCOART模型生成了针对COCTS2的精确散射查找表、气溶胶散射查表及大气漫射透过率查找表，并基于上述查找表建立了COCTS2遥感资料的精确业务化大气校正算法。在构建的大气校正算法基础上，本研究进一步利用SNPP/VIIRS全球水体遥感反射率产品作为参考，实现了COCTS2紫外、可见光波段的在轨辐射定标。研究发现COCTS2辐射定标系数存在随扫描角变化的现象，为解决该难题，本研究建立了随扫描角变化的辐射定标系数模型（图1），有效解决COCTS2载荷存在随扫描角的辐射响应差异问题（图2）。在此基础上，本研究对比了COCTS2载荷与国际主流水色卫星的遥感产品质量，如图3所示，结果显示整体上具有较好的一致性，表明构建的业务化大气校正算法获得的遥感产品具有良好的稳定性和精度。

本研究建立的大气校正算法已应用于HY-1E/COCTS2卫星观测资料的业务化处理系统，为HY-1E/COCTS2遥感产品生产（图4）与应用服务提供了重要支撑。
 

图1. COCTS2前11个波段辐射定标系数随扫描角（像元）的变化趋势及其对应拟合函数。红线表示整体平均定标系数


图2. COCTS2反演水体遥感反射率与海上实测值的比较。(a)、（b）为东海实测数据验证结果，其中（a）为经扫描角变化校正后结果，（b）为未经扫描角变化校正结果。(c)、（d）为南海实测数据验证结果，其中（c）为经扫描角变化校正后结果，（d）为未经扫描角变化校正结果。


图3. HY-1E/COCTS2和SNPP/VIIRS全球遥感产品结果比较（各波段水体遥感反射率Rrs，叶绿素浓度Chl-a）（2024年10月10日）


图4. HY-1E/COCTS2反演获得的全球月平均（2025年3月）水色遥感产品（各波段水体遥感反射率Rrs，叶绿素浓度Chl-a）。

论文引用：Ruofeng Bai, Xianqiang He, Xiaomin Ye, Hao Li, Yan Bai, Chaofei Ma, Qingjun Song, Xuchen Jin, Xuan Zhang, and Fang Gong, "Development of the operational atmospheric correction algorithm for the COCTS2 onboard the Chinese new-generation ocean color satellite," Opt. Express 33, 38029-38053 (2025).

论文链接：

[1] He, X., Stamnes, K., Bai, Y., Li, W., & Wang, D. (2018). Effects of Earth curvature on atmospheric correction for ocean color remote sensing. Remote Sensing of Environment, 209, 118–133.

[2] He, X., Bai, Y., Zhu, Q., & Gong, F. (2010). A vector radiative transfer model of coupled ocean–atmosphere system using matrix-operator method for rough sea-surface. Journal of Quantitative Spectroscopy & Radiative Transfer, 111(10), 1426–1448.