Fog detection using geostationary satellite data: Temporally continuous algorithm

A fog detection algorithm that uses geostationary satellite data has been developed and tested. This algorithm focuses on continuous fog detection since temporal discontinuities, especially at dawn and dusk, are a major problem with current fog detection algorithms that use satellite imagery data. This is because the spectral radiance at 3.7 μm contains overlapping emissive and reflectance components. In order to determine the radiance at 3.7 μm under fog conditions, radiative transfer model simulations were performed. The results showed that the radiance at 3.7 μm obviously varies with the solar zenith angle, and the brightness temperature differences between 3.7 μm and 10.8 μm are completely dissimilar between day and night (positive and varying with the angle during the daytime, but negative and constant at night). In this algorithm, a dynamic threshold is used as a function of the solar zenith angle. Moreover, additional criteria such as infrared, split-window channels, and a water vapor channel are used to remove high-level clouds. Also, the visible reflectance (0.67 μm) channel is used in the daytime algorithm because visible channel images are very practical for confirming a fog area with the high reflectivity and the smooth texture. The clear-sky visible reflectance for the previous 15 days was also employed to eliminate the surface effect that appeared during dawn and dusk. As the results, fog areas were estimated continuously, allowing the lifecycle of the fog system, from its development to decline, to appear obviously in the resulting images. Moreover, the estimated fog areas matched well with surface observations, except in a high latitude region that was covered by thin cirrus clouds.     

Landsat卫星遥感影像的大气校正方法研究

介绍了一种对Landsat卫星遥感影像逐像元进行大气校正模型,该模型基于MODTRAN大气辐射传输模型计算建立的查找表（look up table,LUT）,并结合暗元目标法（dark object method,DOM）,利用遥感影像自身的信息对遥感影像进行大气校正。以Landsat ETM＋遥感影像为例,介绍了算法流程,同时给出了大气校正前后的对比结果。结果表明,利用该模型进行的影像逐像元的大气校正,能够有效地降低大气中的大气分子、水汽、臭氧、气溶胶粒子等对卫星遥感影像造成的影响,获得更加精确的地物真实反射率,有利于遥感信息的进一步定量提取和专题解译。     

极轨气象卫星自动地标导航方法

该文实现了一种极轨气象卫星的自动地标导航方法。地标导航能够纠正由于姿态而引起的定位误差。首先根据当前轨道遥感卫星图像中海洋、陆地、河流等地物特征能量的概率分布情况,利用全球模板,建立地标库,然后通过最大相关系数方法计算地标偏移量,从而获得姿态偏差,之后利用计算得到的姿态偏差对遥感卫星图像重新导航,获得地理定位结果。利用FY-1D扫描辐射计的遥感数据对方法进行检验,结果表明:该文所提出的自动地标导航方法可以有效纠正由姿态而引起的定位误差,达到像素级的定位精度。该方法能够突破传统地标导航方法需要丰富的遥感卫星历史资料的限制,拓展传统地标导航方法的适应范围。该方法已在我国2008年5月发射的新一代极轨气象卫星FY-3号上得到应用,并将在下一代静止轨道气象卫星FY-4号上进一步开发。     

用NOAA/AVHRR探测地表反射率和NDVI的订正及误差分析

NOAA/ AVHRR反射率和标准化差值植被指数 (NDVI) 资料在气象、水文等领域都有广泛的应用。但因为地表双向反射和大气对可见光和近红外辐射的影响, 即使在地表没有变化的情况下, 卫星探测到的反射率和NDVI也有很大的变化。在除云处理和NOAA-14/AVHRR衰减校准的基础上, 利用6S模式对NOAA-14/AVHRR可见光和近红外反射率及NDVI资料进行了大气订正, 并利用Roujean和Rahman模式在大气订正后进行了双向反射订正。大气订正使可见光反射率减小3.34(反射率单位), 近红外反射率增加3.43(反射率单位), NDVI增加了0.22, 分别占各自平均值的78.2%, 15.9%, 35.5%。双向反射订正对NDVI的绝对值影响不大, 但消除了反射率和NDVI的不规则变化, 订正后能够较好地反映森林植被的物候效应。对各订正参数进行了误差分析, 结果表明订正对太阳和卫星天顶角的误差最敏感。     

卫星图像实时接收及回显技术研发

为了快捷而方便地实时接收卫星图像并进行质量分析,在运行控制系统的图像子系统中开发了卫星图像实时接收及回显主控接口软件。该软件是在SGI工作站上以UNIX操作系统为平台,运用X窗口系统、MOTIF窗口管理器和SGI公司的IRISGL的图形技术,采用C语言编写的。通过控制界面和控制选项实时接收卫星图像并将从磁盘或磁带上传输过来的图像资料进行各种回放显示、加网格、黑体定标、图像定位、提取周时间表等显示处理并进行质量分析。该软件已运用在气象卫星资料的实时处理中。     

光学遥感卫星大气校正研究综述

由于高分辨率遥感应用需求增加的牵引,国内外发射了越来越多的光学遥感卫星载荷.然而,随着传感器分辨率的增加,大气对地表信息干扰的问题也越来越突出,光学遥感图像的大气校正问题,因载荷特点和应用需求的改变面临着一些新的挑战,有必要对其进行总结和分析.本文在介绍大气校正现状和原理的基础上,按照光学遥感卫星大气校正输入信息来源不同,把大气校正方法归纳为基于图像和图形处理方法、基于辐射传输计算、基于图像自身信息反演大气参数、基于大气同步校正仪的大气校正4类进行介绍.最后,结合我国高分辨率光学卫星的发展方向,对当前的大气校正应用方案和未来发展进行了讨论和展望.     

Water Vapor Retrievals from Near-infrared Channels ofthe Advanced Medium Resolution Spectral ImagerInstrument onboard the Fengyun-3D Satellite

正1Key Laboratory of Radiometric Calibration and Validation for Environmental Satellites,China Meteorological Administration, Beijing 100081, China2National Satellite Meteorological Center, China Meteorological Administration, Beijing 100081, China     

遥感影像三维可视化研究

利用DEM高程资料实现遥感影像的三维显示可大大提高遥感监测产品的使用价值，而商用软件成本高操作繁琐普及困难。利用计算机图形学知识和Delphi编程语言，开发了一套遥感影像三维可视化软件。对在开发过程中遇到的有关DEM数据的裁剪与拼接、图像配准、地表模拟、透视变换、消隐处理、光照和阴影效果以及颜色变换等问题的解决方案和实现方法作了简要的介绍。     

基于FY-3/MERSI卫星资料的霾判识方法研究

选取2015年12月25日及2016年1月18日两次覆盖湖北的重污染天气过程,利用FY-3A(B)/MERSI卫星资料和气象、环境监测资料,应用图像色彩处理技术、可见光近红外通道反射率分析等技术,开展对湖北地区霾的遥感识别研究。研究结果表明:以不同波段进行红绿蓝三通道合成时,霾可以被识别,其中以全可见光模式合成时,霾以灰白色为主,比周围的云雾区略暗;以可见光、近红外、红外三通道合成时,霾以紫色、紫灰色为主,云类识别精细;以可见光、近红外两通道增强显示合成时,霾以紫灰色为主,与晴空地表及云区差异明显,但易将由小粒子组成的薄卷云误判为霾,需通过云顶黑体亮温进行剔除。通过建立红外亮温和可见光反射率识别指标,可将霾与晴空、厚云区区分开来,但很难与低云/雾区进行有效区分,加入对有效粒子半径敏感的近红外通道反射率后,借助两者在粒子大小上的差异,可在一定程度上解决这一问题,并通过地面人工观测资料进行分析验证。     

基于静止卫星红外云图的MCS自动识别与追踪

由于缺乏成熟的中尺度对流系统 (MCS) 自动追踪工具,使基于静止卫星红外云图的MCS研究的深度和广度受到制约。手工目测法识别追踪MCS,工作量大且容易造成误差,无法用于长时间序列卫星云图的MCS普查。该文结合我国中尺度对流天气的特点,在重新定义MCS云团识别标准的基础上,给出了一种基于图像处理和时间序列分析技术的MCS自动识别、存储、追踪和时间序列特征统计方法。通过对2003年淮河大水期间连续时次卫星云图的MCS自动识别、追踪和特征统计,对该方法的应用效果进行了检验,结果表明:该方法不仅能对每个时次的MCS进行快速识别,同时也能对多时次的MCS进行有效追踪。     

Actinometric System Aboard the Yak-42D “Roshydromet” Research Aircraft

The actinometric system installed aboard the Yak-42D "Roshydromet" research aircraft is presented. It is designed to study radiation processes in the troposphere. The system is based on standard Kipp&Zonen actinometric instruments for measuring solar, thermal, and ultraviolet radiation fluxes as well as on specially developed radiation models with high-precision methods for solving radiative transfer equations (Monte Carlo, k-distribution, and line-by-line calculations). The combination of actinometric measurements and detailed simulation of radiative transfer in the atmosphere allows examining the radiation balance components throughout the troposphere using in situ measurements at the aircraft location. Some results of studying radiation fluxes obtained during the flights over the Arctic region of the Russian Federation are presented. The data of measurements carried out using the presented system are useful for validating radiation codes utilized in general atmospheric circulation models and for processing satellite remote sensing data.     

Shapley-模糊神经网络方法在华南台风卫星云图的长时效滚动预测中的应用

为了更好地利用大量的卫星云图观测资料来提高台风暴雨的预报能力,解决并提高对台风强降水云系变化的预报精度,延长对未来云系变化的预报时效,构建基于合作对策Shapley-模糊神经网络的华南区域台风卫星云图非线性智能计算滚动集合预测模型,对增强卫星云图资料在台风暴雨天气预报中的实用性和及时性具有重要意义.依据2013—201...     

极轨气象卫星TOVS资料微机处理系统简介

极轨气象卫星大气垂直探测（ＴＯＶＳ）资料微机处理系统可实时接收处理ＴＯＶＳ／ＨＲＰＴ资料，生成空间分辨率约７５（或５０）ｋｍ的大气温度和湿度廓线、位势高度、热成风、大气中水汽总含量、射出长波辐射（ＯＬＲ）、臭氧总含量等大气参数以及ＴＯＶＳ水汽图象等产品。其中，大气温度的平均相对误差为２．５Ｋ，大气湿度的平均相对误差为２５％。由于气象卫星覆盖范围广，观测频次多，因此，ＴＯＶＳ产品可弥补海洋、高原、沙漠等地区常规探测资料之不足。     

GMS卫星资料估算地表旬太阳辐射

GMS－5静止气象卫星较宽的可见光波段，为估算到达地表的太阳辐射提供了极好的信息源。利用GMS－5可见光通道资料，分析估计太阳辐射的可行性，并给出了相应的卫星资料处理方法。利用逐时观测资料和济南日射观测站太阳总辐射小时辐照总量实测资料，建立了可见光反照率与小时辐照总量的统计关系，探讨了旬太阳辐射的估算模型。估算结果与日射站实测结果比较，旬辐射估计量的均方误差为7．7MJ.m^-1，平均相对误差为3．4％。     

Tracing the origins and propagation of pre-tropical storm Debby (2006) mesoscale convective systems using pattern recognition and image fusion

This study is focused on developing pattern recognition and image fusion techniques to trace the origins and propagation of the pre-tropical storm (pre-TS) Debby (2006) mesoscale convective systems (MCSs) and African easterly waves (AEWs) using satellite imagery. These MCSs could be generating over mountains in North Africa and going through complicated splitting and merging processes. Therefore, an objectively analyzed MCS movement is essential. This study presents a technique which traces extracted features to find the origin of TS Debby. This technique produces a fused image with the most relevant information from water vapor and infrared satellite images, segments the cloud top height satellite images by clustering clouds, and tracks clouds to determine the origin of TS Debby (2006). The presented technique could be applied to other AEWs and MCSs which lead to tropical cyclogenesis to improve the numerical weather prediction over data sparse areas, such as over eastern and central North Africa.     

基于遥感影像的大气辐射校正和反射率反演方法

应用1995年7月在法国La Crau辐射校正场进行的遥感实验获得的SPOT HRV数据,在DOS方法的基础上,合理分析假设暗体反射率值,并结合Lowtran-7、6S、Modtran-3大气辐射传输模型进行大气模拟,研究并发展基于遥感影像信息的快速、经济、有效的大气辐射校正和反射率反演方法。通过La Crau场的反射率反演值与实时测量反射率值相比较,分析评价了该研究方法的有效性。     

1991 年6月江淮持续暴雨的云系特征分析

通过对GMS静止卫星的红外数据处理，获得了1991年夏季江淮梅雨期暴雨大范围的平均云分布。对1991年6月6次江淮暴雨过程逐时和3小时的GMS红外云图动画和照片的分析，得到了该地区梅雨期暴雨的三种中低纬云系相互作用的云型演变模型图，并利用由卫星气象中心处理的NOAA卫星的TOVS水汽反演资料，结合低层的θse和急流分析，给出了1991年6月江淮暴雨的水汽输送的一些特征。     

一种卫星云图局部标准差图像的快速算法

局部标准差图像(Local Standard Deviation image,LSD)在卫星图像的空间一致性检测中有着重要的作用,然而利用传统的滑动窗技术计算局部标准差图像时,由于大量的循环过程使运算速度较慢,特别是当卫星图像较大而滑动窗较小时,这种运算更为耗时.采用了矩阵运算的思路,提出了根据滑动窗大小将卫星图像数组按一定方向和偏移量进行整体平移,然后对经过平移后的图像数组进行数学运算来获取标准差图像的快速算法.通过计算2005年1月1日的NOAA-16/AVHRR通道4亮温局部标准差图像实例表明,采用快速算法的计算效率相对于传统滑动窗算法计算效率提高明显.     

三维城市地表反射率计算模式

地表反射率是控制地表能量平衡的一个重要参数。城市建筑物的分布具有较大的不均一性,这不仅给地基观测城市地表反射率带来了很大困难,数值模拟城市地表反射率也是非常困难的。作者开发了一个三维城市地表反射率模式city_photo,该方法结合了蒙特卡洛方法和几何光学方法的优点,具有较高的精度和较快的计算速度。通过引入城市地图的概念,该模式能够计算具有不同结构的城市的地表反射率。2002至2004年晴空MODIS（MODerate Resolution Imaging Spectroradiometer,中分辨率成像光谱辐射计）1~7通道可见光和近红外通道地表反射率资料被用来检验模式的有效性,位于北京朝阳区的中国科学院大气物理研究所的AERONET站点观测得到气溶胶光学特性和水汽资料,6S（Second Simulation of Satellite Signal in the Solar Spectrum）大气辐射传输模式被用来对其进行大气订正。模式计算的北京城市地表反射率个例与MODIS 7个通道地表反射率观测结果具有很高的相关性,相关系数在0.80~0.93之间,说明模式能够较好地模拟城市地表反射率随太阳和观测角度的变化情况。最后讨论了城市结构对城市地表反射率的影响。     

一种基于卫星遥感和数值预报产品的雾预报方法

以气象卫星云图为基础, 应用云雾光谱特征和结构特征进行雾区的动态检测和提取;并利用地面自动气象站资料,采用诊断分析方法探讨雾区变化与多气象要素的关系。分析表明:雾区移动速度与地面风速有关,一定的相对湿度、地气温差和风速大小等要素阈值可以作为雾的排空条件。利用经修正的中尺度数值天气预报模式输出的气象要素产品,对卫星遥感雾区进行0~2 h的外延预报,进而建立了一个大雾短时临近预报业务平台,对2009年和2010年多雾季节的1—4月大雾过程应用统计结果表明,该方法对大雾短时临近预报具有一定的效果。