MODIS沙尘暴判识方法与业务系统

为了利用MODIS资料对沙尘暴的范围和强度进行定量判识,应用2002--2004年多次MODIS资料,通过对沙尘暴、云、雪和沙漠光谱特征的分析,构建了定量判识沙尘暴范围和强度的两个沙尘指数.利用2002-2007年数次沙尘暴过程对沙尘指数的判别效果进行检验,表明构建的两个M()DIS沙尘指数能够有效地监测沙尘暴的范围和强度,且方法简单,适用于业务应用.针对目前西北沙尘暴遥感监测业务服务以定性图像为主,服务产品较为单一的问题,对MODIS沙尘暴判识方法进行业务化,并结合GIS进行沙尘暴影响范围的分析,开发研制了自动运行的MODIS沙尘暴监测和影响评估业务系统.系统具生成沙尘暴MODIS影像图、沙尘暴范围和强度遥感监测图、沙尘暴影响土地类型图、全国各省(直辖市)沙尘面积统计表、全国不同土地类型沙尘暴影响面积统计表、甘肃省各县沙尘暴的影响面积统计表和甘肃省不同土地类型沙尘影响面积统计表等功能,为沙尘暴定量和精细服务提供了丰富的产品.     

利用气象卫星遥感监测沙尘暴

介绍了沙尘暴的定义及其危害,简述了内蒙古沙尘暴天气的发生情况,并对利用极轨气象卫星遥感技术监测沙尘暴的原理以及方法进行了探讨和论述。同时,对沙尘暴的遥感监测方法进行了进一步的探讨,提出了遥感监测沙尘暴的思路。     

沙尘暴同一化监测模型与灾害评估研究

阐述了将GIS/RS(地理信息系统/遥感)一体化技术应用在沙尘暴灾害的监测与评估工作中的方法,提出利用不同遥感数据源建立同一化的沙尘暴监测模型的方法,将沙尘暴监测由定性研究转变为定量特征参数计算.引入GIS技术建立了可业务使用的沙尘灾害评估模型,通过对下垫面数据的集成与叠合分析,可以快速、机动、准确、可靠和多层次进行沙尘暴的灾后评估.     

2002年3月18～21日强沙尘暴天气过程的监测

简要讨论了利用NOAA卫星、FY-1C卫星和GMS5及FY-2B卫星监测沙尘暴的原理和方法、沙尘强度指数的建立、沙尘暴强度的计算方法和地理信息系统的应用。以2002年3月18～21日发生在我国北方地区的一次强沙尘暴过程为例,说明上述方法不仅能监测到沙尘暴的发生、发展和演变,还能对沙尘暴参数进行定量计算,是监测和预警沙尘暴的重要手段。     

内蒙古强沙尘暴天气的卫星云图特征分析

利用GMS卫星云图资料，对影响内蒙古自治区的6例强沙尘暴天气进行了卫星云图分析。总结了强沙尘暴天气相伴随的云型、云系特征，揭示了沙尘暴天气过程中与之相伴随的中尺度云团的发生、发展过程，对于分析和预报强沙尘暴天气具有广泛的应用价值。     

宁夏中北部沙尘暴过程中气象要素变化特征及成因分析

利用常规气象观测资料,统计分析了宁夏中北部地区沙尘暴天气的持续时间及相关气象要素的变化及成因。结果表明：风向对沙尘暴天气的发生具有重要影响,从西到北之间的五个风向下发生沙尘暴天气的次数占沙尘暴天气总次数的70％以上;在同一次沙尘暴天气过程中．不同代表站沙尘暴天气的持续时间与地形、地貌及地理环境的关系最密切,其次是与最大风速的关系;但同一代表站在不同的沙尘暴天气过程中最大风速对沙尘暴天气的持续时间影响最大;沙尘暴天气发生总次数越多的测站,在同一沙尘暴天气过程中持续时间相对越长。形成盐池站多沙尘暴天气的沙源,除背景沙源外,本地沙源的补充也有重要作用。     

我国沙尘灾害遥感监测研究与展望

沙尘暴是一种强自然灾害,日益成为影响生态环境和社会经济的重要问题.随着遥感技术的不断发展和新型遥感数据的大量出现,运用遥感技术监测沙尘灾害不仅弥补了传统监测手段时空分辨率的不足,同时也是沙尘灾害研究的重要组成部分.本文论述了卫星遥感监测沙尘灾害的原理,从沙尘移动路径变化、下垫面状况、遥感信息定量获取和强度监测等四个方面总结了遥感监测沙尘灾害的主要内容,并介绍了利用极轨卫星和静止卫星遥感监测沙尘的主要方法,最后从新型遥感数据应用、多种遥感方式结合和多学科、多领域的交叉研究等三个方面展望了卫星遥感监测沙尘的未来的发展趋势.     

一次强沙尘暴过程的动量下传诊断分析

动量下传对沙尘暴的发生发展起着十分重要的作用.选取2002年3月18-22日发生在我国华北地区的一次强沙尘暴过程,利用中尺度气象模式MM5V3.7输出的高分辨率动力协调资料,应用位涡理论详细探讨了沙尘暴发生发展的动量下传过程.结果表明:①蒙古气旋是此次强沙尘暴的主要影响系统;大风与干燥低湿是风蚀起沙的前提条件.②沙尘暴过程中,位涡沿等熵面下滑是高、低层动量交换的重要环节,揭示了沙尘暴动量下传的物理机制.     

厄尔尼诺和拉尼娜年次年春季华北沙尘暴活动的对比分析

利用内蒙古地区沙尘暴实测资料和北半球NCEP再分析资料（1955—2000年），分析了内蒙古地区沙尘暴的气候变化特征；厄尔尼诺、拉尼娜事件发生后，北半球大气环流异常和温、湿分布异常及其对沙尘暴发生的可能影响关系与机制。分析表明：内蒙古中西部地区1960、1970年代强沙尘暴过程频繁，1980、1990年代沙尘暴明显减少。拉尼娜事件发生后，冰島冷高压与欧亚大陆暖低压的相互作用是沙尘暴频发的重要因素。拉尼娜事件对华北沙尘暴频发有重要气象作用。春季北半球干旱地区处于易发生沙尘暴的天气系统背景下。改善生态环境，减小沙化程度是治理沙尘暴的有效途径。     

影响北京地区的沙尘暴

利用1971－1996年的地面气象月报和地面天气图资料，借助地理信息系统，逐次分析了影响北京地区沙尘暴天气过程的演变规律，确定了影响北京地区沙尘暴天气过程的移动路径和源地。结果表明：北京地区沙尘暴主要发生在春季和初夏，以4月为最多。根据沙尘暴的起源，可将影响北京的沙尘暴天气过程分为外源型和内源型两类。沙尘暴的移动路径主要包括北路和西路两条。外源型沙尘暴的入侵地点集中在：1）内蒙古乌兰察布盟和锡林郭勒盟西部的二连浩特市、阿巴嘎旗；2）哈密市以东至内蒙古阿拉善盟的中蒙边境。内源型沙尘暴的起源地主要集中在腾格里沙漠及其周边地区。     

沙尘气溶胶卫星遥感现状与需要关注的若干问题

沙尘暴是全球干旱、半干旱地区特有的一种灾害性天气,所产生的沙尘气溶胶是全球气溶胶系统重要组成部分,对全球环境、天气、气候和生态有复杂的影响。沙尘气溶胶作为一种吸收性气溶胶,对太阳辐射有着较强的吸收,还能通过加热大气、改变大气稳定度、蒸发云滴、减少云量等"半直接方式"影响气候。卫星遥感对沙尘气溶胶的监测具有独特的优势,是全球沙尘研究的重要手段。本文系统整理和介绍了目前常用的可见近红外、热红外、被动微波、紫外和主动激光测量等五类卫星遥感沙尘气溶胶的主要方法,在总结典型遥感仪器和主要产品基础上,讨论了遥感产品的定量精度和地面验证问题,结合辐射传输理论模拟了可见近红外和热红外的卫星观测,探讨了可见近红外遥感的地表反照率影响和热红外高光谱遥感的波段选择问题,最后对未来的一些研究重点进行了展望。     

利用静止气象卫星红外通道遥感监测中国沙尘暴

气象卫星的红外窗区通道 (8~12 μm) 对于通常大气气溶胶几乎没有响应, 但对于较大颗粒且浓度较强的沙尘气溶胶, 尤其是沙尘暴有明显的信号反应。空气中的沙尘在红外分裂窗通道表现出两个特征:一是对地表发射到空间的红外信号产生衰减, 造成卫星探测到的地气系统亮温降低, 这就是所谓的红外差值沙尘指数IDDI; 二是沙尘粒子在红外分裂窗两个通道的比辐射率不同, 11 μm比12 μm的比辐射率低, 从而造成这两个通道的亮温差是负值。基于这两个特征和沙尘多通道光谱聚类法, 针对静止气象卫星观测数据进行了沙尘暴卫星遥感监测业务算法开发, 输出沙尘暴监测产品和红外差值沙尘指数产品, 这一算法不仅用于已经退役的GMS-5卫星, 而且应用于正在运行的静止气象卫星FY-2C, 它还为沙尘暴的定量或半定量遥感提供参考借鉴。     

基于FY-4A卫星遥感数据分析2021年3次沙尘暴特征

FY 4A上搭载的多通道扫描成像辐射计（AGRI）无论是时间分辨率还是空间分辨率与我国第一代静止气象卫星风云二号上搭载的扫描辐射计（VISSR）相比都有了明显的改进。本文基于FY 4A AGRI成像仪IDDI(红外差值沙尘指数)和新的昼夜沙尘遥感改进算法开展2021年中国北方沙尘过程连续遥感监测处理，并系统分析了2021年3个典型个例的沙尘暴特征和影响区域。结果表明：① 3次典型沙尘过程对我国北方各省份的影响面积总计最低达到260万km2以上，最高达到300万km2以上，4月14—17日的沙尘暴影响面积最大。②2021年沙尘高发区在新疆南部、甘肃河西走廊以北以及内蒙古西部。与2019、2020年同期相比，2021年我国北方沙尘发生频次更高、影响范围更大。③新一代FY 4A静止卫星对我国沙尘过程年际变化具备更加完整的监测能力。     

中国大气气溶胶研究综述

文中综合论述了近 2 0年来中国大气气溶胶研究状况 ,包括对大气气溶胶的直接采样分析 ,地面和卫星的遥感 ,大气气溶胶辐射特性及其气候效应的研究以及沙尘暴的形成、输送及气候效应的研究等。直接采样分析不仅研究了气溶胶的浓度和粒子谱分布等特性 ,而且也对其化学组分做了分析 ,高空气球采样得到了对流层和低平流层的气溶胶样品 ,并用X能谱电子显微镜进行了分析。地面遥感和多种卫星资料 ,包括AVHRR ,SVISSR ,TOMS ,POLDER等 ,被用来研究大气气溶胶的辐射特性 ,并提出了用消光和前向散射相结合和利用天空散射光分布反演粒子谱分布相函数等方法。开展了有关气溶胶气候效应的数值模拟研究 ,并对非球形粒子以及吸湿性粒子的作用做了专门的计算。对沙尘粒子的直接观测为研究其生成条件和输送特性提供了基础数据。文中对不同的研究方法进行了初步评述 ,并对气溶胶的研究提出几点建议。     

2006年河套地区一次灾害天气过程诊断分析

应用MICAPS常规气象观测资料和NOAA-12及NOAA-17沙尘暴遥感监测图资料,对2006年4月10—12日发生在河套地区的一次灾害性天气进行诊断分析。结果表明:高空横槽转竖直接诱发寒潮爆发;中尺度切变线、强锋区、蒙古气旋和地面冷锋是引发沙尘暴的主要影响系统;特殊地形、气候条件和富含沙尘源的下垫面是形成沙尘暴的物质基础;高空冷中心强度达-45℃、地面冷高压中心强度达1 060.0 hPa是寒潮爆发的必要条件;沙尘暴发生过程中,各测站均出现了风速剧增、气压升高、气温下降和湿度增大等现象。垂直速度场呈上升运动及高层辐散、低层辐合的物理量场配置对春季沙尘暴预报有较好的指示意义。     

西北地区陆地生态系统植被状态参数业务化遥感研究

植被指数(NDVI)和叶面积指数(LAI)是两个非常重要的陆地生态系统植被状态参数.我们首先利用最大值(MVC)合成方法使用先进遥感数据如MODIS、AVHRR3等得到旬合成植被指数(NDVI),然后利用最新的经验方法针对不同的陆地生态系统类型反演得到叶面积指数,重点研究了我国沙尘暴发生频率较高的我国西北地区植被覆被状态及其变化情况.植被指数能够反映区域,乃至全球范围植被年季状态,用于监测陆地生态系统植物光合作用活动及其变化.植被指数作为一个基础参数能够用于计算反演更高级别的陆地生态系统状态参数.叶面积指数直接影响植被的光合作用,蒸腾作用的变化和陆面过程的能量平衡状态.在沙尘暴预测研究中使用的起沙过程模型需要将叶面积指数作为一个关键输入变量,另外,绝大多数生态过程模型模拟碳、水循环时也都需要将叶面积指数作为一个非常重要的输入变量.我们总结了最新的叶面积指数经验反演方法,针对6钟不同的陆地生态系统类型应用不同经验模型计算得到了叶面积指数.     

中国利用星载激光雷达开展沙尘和污染研究的综述

激光雷达作为一种新兴的主动遥感探测工具,被广泛应用于大气遥感、环境监测等领域。星载激光雷达由于其较广的探测范围、较高的时空分辨率、可获得连续的廓线数据等优势,已经成为全球及区域气溶胶和云特性观测研究的强有力工具。本文总结了自2006年CALIPSO卫星发射以来,中国科学家在利用其开展沙尘气溶胶及污染研究方面的工作,重点阐述了沙尘气溶胶的时空分布、远距离传输、分类识别、光学特性、沙尘释放、辐射与气候效应,以及灰霾和烟尘特性等方面的最新研究成果。对以上研究成果的梳理,有助于深入理解中国在利用星载激光雷达开展沙尘与污染研究的水平,也为未来开拓中国自主研发星载激光雷达的遥感应用领域奠定了基础。     

白天和夜间通用的卫星遥感沙尘判识算法构建与验证分析

Himawari-8是日本发射的新一代静止气象卫星,与前一代的MTSAT-2相比,在时间、空间分辨率上都有了很大提升,特别是红外通道数量从4个增至10个,为红外遥感沙尘提供了新的观测数据。本研究利用Himawari-8的红外观测数据,发展了仅用红外通道的沙尘全天候判识算法,可以实现对白天和夜间的连续监测。算法在前人基础上去除了可见光通道,同时引入更多红外通道来进行云检测和沙尘判识。由于一日之中,地表温度发生变化,因此针对白天和夜间设置了两套不同的判别阈值,来保证算法的全天适用性。最后通过两次沙尘事件对沙尘判别结果的分析和检验表明,遥感判识结果与地面气象站和PM_(10)观测较为一致,说明了只用红外通道全天候判识沙尘的可行性。