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  1. 1. ASTER/TIR Vicarious Calibration  Activities in the Last 11 Years Hideyuki Tonooka (Ibaraki Univ.) Simon Hook (Jet Propulsion Laboratory) Tsuneo Matsunaga, Soushi Kato (National Institute for  Environmental Studies) Elsa Abbott, Howard Tan (Jet Propulsion Laboratory) IGARSS 2011, July 24‐29, 2011, Vancouver, Canada
  2. 2. ASTER Advanced Spaceborne Thermal Emission and Reflection Radiometer Band Spectral  Spatial Subsystem No. Range (μm) Resolution 1 0.52 ‐ 0.60 2 0.63 ‐ 0.69 VNIR 15m 3N 0.78 ‐ 0.86 3B 0.78 ‐ 0.86 4 1.600 ‐ 1.700 5 2.145 ‐ 2.185 Developer: Ministry of Economy, Trade & Industry 6 2.185 ‐ 2.225 (METI) SWIR 30m 7 2.235 ‐ 2.285 8 2.295 ‐ 2.365 Platform: NASA’s Terra (Launched in Dec. 1999) 9 2.360 ‐ 2.430 10 8.125 ‐ 8.475 Total scenes: Over 2 million  scenes as of Jul. 2011 11 8.475 ‐ 8.825 (day: 85%, night: 15%) TIR 12 8.925 ‐ 9.275 90m 13 10.25 ‐ 10.95 14 10.95 ‐ 11.65 Swath width = 60km IGARSS 2011, July 24‐29, 2011, Vancouver, Canada
  3. 3. ASTER/TIR Hardware and Calibration• Mechanical scanning of 10 MCT detectors aligned along a  track for each of 5 spectral bands• Full‐aperture honeycombed blackbody which can change  a temperature from 270 to 340 K• No space viewing• Quadratic radiometric calibration equation – Two‐temperature basis – Offset is determined for each Earth observation – Gain is given on a daily basis by prediction curves determined  from periodical calibration data  – Non‐linearity is based on ground testing• Designed accuracy of 1 K for a temperature range of 270  to 340 K IGARSS 2011, July 24‐29, 2011, Vancouver, Canada
  4. 4. Degradation Since the Launch IGARSS 2011, July 24‐29, 2011, Vancouver, Canada
  5. 5. Vicarious Calibration for ASTER/TIRIts purpose is to validate at‐sensor radiances by ground experiments without onboard calibrator data OBC At-sensor radiance Response functions Radiative transfer Radiosonde, or TOMS Angle Numerical forecast model Ozone MODTRAN Pressure, Air temp., Humidity Elevation Surface radiant temp. Surface temp. Surface emissivity Radiance-based Temperature-based IGARSS 2011, July 24‐29, 2011, Vancouver, Canada
  6. 6. ASTER/TIR Vicarious Calibration Sites• USA Automated • Japan – Lake Tahoe (CA/NV) – Lake Kasumigaura – Salton Sea (CA) – Lake Kussharo – Cold Springs Reservoir (NV) – Alkali Lake (NV) – Railroad Valley (NV) (Blue) Water Sites (Red) Land Sites  – Lunar Lake (NV) – Coyote Lake (CA) – Mauna Loa (HI) IGARSS 2011, July 24‐29, 2011, Vancouver, Canada
  7. 7. JPL’s Semi‐Automated Validation System• Lake Tahoe (1999–), and Salton Sea (2008–)• Skin and bulk water temperatures, and ground meteorological data  are logged and transferred to laboratory• Atmospheric profiles (water vapor, air temp. etc.) are obtained from  NCEP’s Global Data Assimilation System (GDAS) products Air temperature  Wind Speed  & Rel. Humidity & Direction Skin temperature Logging System Batteries Bulk Water Temperature ASTL1A 1005201850471005230324 3m IGARSS 2011, July 24‐29, 2011, Vancouver, Canada
  8. 8. Typical Experimental System for Land Sites Multi‐band radiometerradiosonde Weather station Single‐band radiometer Portable blackbody Other instruments: FTIR, thermal camera,  etc. IGARSS 2011, July 24‐29, 2011, Vancouver, Canada
  9. 9. Typical Experimental System for Water Sites radiosonde Single‐band radiometerMulti‐band radiometer Thermistor buoysOther instruments: Weather station, Thermal Camera, etc. IGARSS 2011, July 24‐29, 2011, Vancouver, Canada
  10. 10. Browse Images for VC SitesLake Tahoe Salton Sea Railroad Valley Lake Kasumigaura Lake Kussharo & Cold Springs Res.Alkali Lake Lunar Lake Coyote Lake Mauna Loa & Railroad Valley IGARSS 2011, July 24‐29, 2011, Vancouver, Canada
  11. 11. Comparisons of brightness temperature (BT) between OBC and VC using 287 matchup data Typically, OBC and VC agree  within ±1 K for the water sites  and within ±1.5 K for the dry  lake sites. ASTER/TIR onboard calibrator  has kept the expected accuracy  in the wide temperature range  (−10 to 45 C) since the launch. IGARSS 2011, July 24‐29, 2011, Vancouver, Canada
  12. 12. BT difference between VC and OBC as a function of time IU: Ibaraki University NIES: National Institute for Environmental Studies JPL: Jet Propulsion Laboratory IGARSS 2011, July 24‐29, 2011, Vancouver, Canada
  13. 13. BT difference between VC and OBC for each  experimental site  Straylight effectLT: Lake Tahoe, SS: Salton Sea, CS: Cold Springs Reservoir, LK: Lake Kasumigaura, KS: Lake Kussharo, AL: Alkali Lake, RV: Railroad Valley Playa, LL: Lunar Lake, CL: Coyote Lake, ML: Mauna Loa IGARSS 2011, July 24‐29, 2011, Vancouver, Canada
  14. 14. Cold Springs Reservoir (NV)• Smallest VC site (1.6 km by 800 m)• Not good site for vicarious calibration due to straylight effect [1] [1] H. Tonooka, Inflight straylight analysis for ASTER thermal infrared bands, IEEE TGARS, Vol. 43,  pp. 2752‐2762, 2005. IGARSS 2011, July 24‐29, 2011, Vancouver, Canada
  15. 15. BT difference between VC and OBC for each  experimental site  Below 270 K (Less accuracy) Straylight effect CLT: Lake Tahoe, SS: Salton Sea, CS: Cold Springs Reservoir, LK: Lake Kasumigaura, KS: Lake Kussharo, AL: Alkali Lake, RV: Railroad Valley Playa, LL: Lunar Lake, CL: Coyote Lake, ML: Mauna Loa IGARSS 2011, July 24‐29, 2011, Vancouver, Canada
  16. 16. Lake Kussharo (Japan)• Coldest VC site (below 270K)• ASTER’s designed accuracy is 2K for this  temperature range IGARSS 2011, July 24‐29, 2011, Vancouver, Canada
  17. 17. BT difference between VC and OBC for each  experimental site  Below 270 K (Less accuracy) Straylight effect C Large spatial  C variationLT: Lake Tahoe, SS: Salton Sea, CS: Cold Springs Reservoir, LK: Lake Kasumigaura, KS: Lake Kussharo, AL: Alkali Lake, RV: Railroad Valley Playa, LL: Lunar Lake, CL: Coyote Lake, ML: Mauna Loa IGARSS 2011, July 24‐29, 2011, Vancouver, Canada
  18. 18. Mauna Loa (HI)• Pahoehoe lava flow• Not good for VC due to large spatial variation IGARSS 2011, July 24‐29, 2011, Vancouver, Canada
  19. 19. BT difference between VC and OBC as a  function of the precipitable water vaporBT difference seems to be almost independent of PWV, indicating that the radiative transfer calculations were successfully made using accurate profiles IGARSS 2011, July 24‐29, 2011, Vancouver, Canada
  20. 20. BT difference between VC and OBC as a  function of the OBC BTThe difference seems to be positive in the lower temperature range, and be negative in the higher temperature range IGARSS 2011, July 24‐29, 2011, Vancouver, Canada
  21. 21. Conclusions• VC activities for ASTER/TIR have been continued by  the ASTER science team since March 2000.• 287 matchup data obtained by three organizations  were analyzed – Some results indicate large BT differences due to straylight,  low temperature, and large spatial variation effects – No correlation between BT difference and PWV indicates  that atmospheric profiles were successfully characterized  even under humid conditions – BT difference (VC–OBC) shows somewhat positive for low  temperatures and negative for high temperatures – Overall, OBC has been keeping the designed accuracy (1 K  for the temperature range of 270 to 340 K) IGARSS 2011, July 24‐29, 2011, Vancouver, Canada