Processing of MODIS-Aqua data with Self-Organizing Maps NeuroVaria method for the southern canary upwelling system

Abstract

This ocean color dataset is derived from MODIS_Aqua sensor measurements covering the Southern Canary upwelling system. The raw L1A measurements were downloaded from NASA's Ocean Color web site and then processed using the Ocean Biology Processing Group's (OBPG) Multi-Sensor Level-1 to Level-2 (MSL12) code. The l2gen program, based on its standard process, generates Level-2 parameters consisting of the top of atmosphere radiance, the radiance of each ocean and atmosphere component, the measurement angles, Level-2 flags, ... The top of atmosphere radiance is pre-corrected to keep only a dependence on the diffuse transmittance, the aerosol contribution and the water leaving radiance.

The pre-corrected product and measurement angles are assimilated using the Self-Organizing Map
NeuroVaria (SOM-NV) code (Diouf et al., 2013). SOM-NV is an algorithm based on two statistical models
that classify a dataset into a map, and then use the information from that map to deliver atmospheric and oceanic parameters from the satellite observation.

The parameters of interest are the remote sensing reflectance spectra (Rrs(λ)) and the aerosol optical thickness (AOT) at 869 nm (aot_869). The Rrs at blue (443 and 488 nm) and green (547 nm) are used to calculate chlorophyll-a concentration from the OBPG OCx algorithm (chl_ocx, O'Reilly et al., 1998; Mobley et al., 2016).

These geophysical parameters are projected onto a fixed grid at 1/96° resolution and archived in a daily netcdf format files. Each file contains five visible reflectances Rrs(λ) (with λ = 412, 443, 488, 531, and 547 nm), chl_ocx, aot_869, and latitude and longitude coordinates. These parameters are described in the files, along with the global attributes.

The netcdf files are formatted as follows: SOM-NV-Ayyyydddhhmmss.nc; where yyyy = year; ddd = Julian
day; hh = hour; mm = minute; ss = second. The extension "Ayyyydddhhmmss.nc", corresponds to the name
of the MODIS_aqua file of the day. When two input files exist for the same day, within 5 minutes, the two
scans are concatenated and the orbit keeps the name of the second file.
All files are compressed internally to a size of 4, to facilitate transfers.

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Résumé

Ce jeu de données de couleur de l’eau est issu des mesures du capteur MODIS_Aqua sur la partie sud du système d’upwelling des Canaries. Les mesures brutes L1A ont été téléchargées du site Ocean Color de la NASA, puis traitées à l’aide du code de traitement « Multi-Sensor Level-1 to Level-2 (MSL12) » du groupe Ocean Biology Processing Group (OBPG). La version standard du programme l2gen génère les paramètres de niveau 2 constitués de la luminance totale mesurée, de la luminance de chaque composante du système océan-atmosphère, des angles de mesures, des masques de niveau 2, …. La luminance totale est pré-corrigée pour ne garder qu’une dépendance à la transmittance diffuse, à la contribution des aérosols et à la luminance marine.

Le produit pré-corrigé et les angles de mesure sont assimilés à l’aide du code Self-Organizing Map NeuroVaria (SOM-NV) de Diouf et al. (2013). SOM-NV est un algorithme basé sur deux modèles statistiques qui permettent de classer un ensemble de données sur une carte, puis d’utiliser les informations de cette carte pour restituer les paramètres atmosphériques et océaniques de l’observation satellite.

Les paramètres restitués sont les spectres de réflectance marine (Rrs(λ)) et l’épaisseur optique des aérosols (AOT) à 869 nm (aot_869). Les Rrs au bleu (443 et 488 nm) et au vert (547 nm) servent à calculer la concentration en chlorophylle-a à partir de l’algorithme OCx de OBPG (chl_ocx).

Ces paramètres géophysiques sont projetés sur une grille fixe à 1/96° de résolution et archivés au format de fichiers netcdf journaliers. Chaque fichier netcdf contient cinq réflectances du visible Rrs(λ) (avec λ = 412, 443, 488, 531 et 547 nm), la chl_ocx, l’aot_869, et les coordonnées latitude et longitude. Ces paramètres sont décrits dans les fichiers, ainsi que les attributs globaux.

Les fichiers netcdf sont formatés comme suite : SOM-NV-Ayyyydddhhmmss.nc ; avec yyyy = année ; ddd =
jour julien ; hh = heure ; mm = minute ; ss = seconde. L'extension "Ayyyydddhhmmss.nc", correspond au
nom du fichier MODIS_aqua du jour. Dans le cas où deux fichiers existent pour un même jour, à 5 minutes
près, les deux scans sont concaténés et l'orbite garde le nom du deuxième fichier.
Tous les fichiers sont compressés en interne à un niveau 4, pour faciliter le transfert.

摘要

本海洋水色数据集源自覆盖南加那利上升流系统的MODIS_Aqua传感器观测数据。原始L1A观测数据从美国国家航空航天局（National Aeronautics and Space Administration, NASA）海洋水色网站下载，随后通过海洋生物处理组（Ocean Biology Processing Group, OBPG）的多传感器Level-1到Level-2（Multi-Sensor Level-1 to Level-2, MSL12）代码进行处理。基于标准流程的l2gen程序可生成Level-2参数，包括大气顶辐射率、各海洋与大气组分的辐射率、观测角度、Level-2标记等。大气顶辐射率已完成预校正，仅保留与漫透射率、气溶胶贡献及离水辐射率的相关性。

已预校正的产品与观测角度将通过自组织映射NeuroVaria（Self-Organizing Map NeuroVaria, SOM-NV）代码（Diouf等，2013）进行同化处理。SOM-NV是一种基于两种统计模型的算法，可将数据集映射分类，并利用该映射的信息从卫星观测中反演大气与海洋参数。

本研究关注的参数为遥感反射率光谱（Rrs(λ)）以及869 nm处的气溶胶光学厚度（aerosol optical thickness, AOT, aot_869）。利用蓝波段（443 nm与488 nm）和绿波段（547 nm）的Rrs数据，可通过OBPG的OCx算法计算叶绿素a浓度（chl_ocx，O'Reilly等，1998；Mobley等，2016）。

这些地球物理参数将被投影到分辨率为1/96°的固定网格，并以每日netCDF格式文件归档。每个文件包含5个可见光波段反射率Rrs(λ)（λ分别为412、443、488、531和547 nm）、chl_ocx、aot_869以及经纬度坐标。文件内对上述参数及全局属性均有详细说明。

netCDF文件的命名格式为：SOM-NV-Ayyyydddhhmmss.nc，其中yyyy为年份，ddd为儒略日，hh为小时，mm为分钟，ss为秒。文件名后缀"Ayyyydddhhmmss.nc"对应当日的MODIS_Aqua文件。若当日存在两个时间间隔不超过5分钟的输入文件，则将两次扫描数据拼接，轨道文件名沿用第二个文件的名称。所有文件内部均采用4级压缩以提升传输效率。

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摘要

本海洋水色数据集源自覆盖南加那利上升流系统的MODIS_Aqua传感器观测数据。原始L1A观测数据从NASA海洋水色网站下载，随后通过海洋生物处理组（OBPG）的多传感器Level-1到Level-2（MSL12）处理代码进行处理。基于标准流程的l2gen程序可生成Level-2参数，包括大气顶辐射亮度、海洋-大气系统各组分的辐射亮度、观测角度、Level-2标记等。大气顶辐射亮度已完成预校正，仅保留与漫透射率、气溶胶贡献及离水辐射亮度的相关性。

已预校正的产品与观测角度将通过自组织映射NeuroVaria（SOM-NV）代码（Diouf等，2013）进行同化处理。SOM-NV是一种基于两种统计模型的算法，可将数据集映射分类，并利用该映射的信息从卫星观测中反演大气与海洋参数。

本研究反演得到的参数为遥感反射率光谱（Rrs(λ)）以及869 nm处的气溶胶光学厚度（AOT, aot_869）。利用蓝波段（443 nm与488 nm）和绿波段（547 nm）的Rrs数据，可通过OBPG的OCx算法计算叶绿素a浓度（chl_ocx）。

这些地球物理参数将被投影到分辨率为1/96°的固定网格，并以每日netCDF格式文件归档。每个netCDF文件包含5个可见光波段反射率Rrs(λ)（λ分别为412、443、488、531和547 nm）、chl_ocx、aot_869以及经纬度坐标。文件内对上述参数及全局属性均有详细说明。

netCDF文件的命名格式为：SOM-NV-Ayyyydddhhmmss.nc，其中yyyy为年份，ddd为儒略日，hh为小时，mm为分钟，ss为秒。文件名后缀"Ayyyydddhhmmss.nc"对应当日的MODIS_Aqua文件。若当日存在两个时间间隔不超过5分钟的输入文件，则将两次扫描观测数据拼接，轨道文件名沿用第二个文件的名称。所有文件内部均采用4级压缩以提升传输效率。