基于Himawari-8卫星AOD产品的河南省能见度反演研究

利用2018年12月—2019年2月Himawari-8卫星气溶胶光学厚度数据产品与河南省119个国家地面观测站能见度观测资料,建立线性混合效应模型,并基于卫星观测AOD数据反演了河南省地面能见度。结果表明：Himawari-8卫星的AOD产品与Aqua的AOD产品一致性较好。线性混合效应模型反演的地面能见度与台站观测的能见度相关性可以达到082（P<005）,反演的能见度均值与观测能见度均值仅相差05 km。通过2018年12月16日14时个例分析,能见度的分布与地面观测基本保持一致,反演的地面能见度空间分辨率达到2 km。     

Himawari-8气溶胶光学厚度产品的验证分析

Himawari-8是由日本气象局发射的新一代静止气象卫星，其搭载的传感器AHI（Advanced Himawari Imager）可实现10 min/次的高时间分辨率对地观测。本文将2015年9月至2017年12月Himawari-8卫星Level-2气溶胶光学厚度（AOD）产品与AERONET（AErosol RObotic NETwork）70个站点的地基观测数据进行对比验证分析，结果表明Himawari-8卫星反演的气溶胶光学厚度产品的精度存在很大的空间上的差异性，其中有48个站点Himawari-8 AOD与AERONET AOD之间存在较好的相关性（R>0.5），有22个站点Himawari-8卫星反演气溶胶光学厚度产品存在明显的低估现象。在American_Samoa、Bandung、Birdsville、Bukit_Kototabang、Canberra、Fowlers_Gap、Jabiru以及QOMS_CAS等站点出现地基观测值很小而卫星反演的气溶胶光学厚度较大的情况。对绝对误差（Himawari-8 AOD与AERONET AOD的差）进行分析发现Himawari-8 AOD存在低估现象时绝对误差与AERONET AOD之间存在较好的相关性；在地基观测值很小而Himawari-8卫星反演AOD较大的地区绝对误差与Himawari-8 AOD之间存在较好的线性关系，这为Himawari-8 AOD反演算法的改进与完善提供了有用的研究发现。     

静止气象卫星秸秆焚烧监测灵敏度分析研究

近年来秸秆焚烧状况日趋严重,给生态环境带来了极大的破坏。因为秸秆焚烧具有非常强的季节性、区域性,火点分布零散,发生时间具有随机性的特点,所以要求卫星有着极高的时空分辨率来满足观测要求。风云四号作为我国新一代静止气象卫星于2016年12月发射,具有高时空分辨率的优势,相关研究及应用尚未大范围开展推广,为了推进风云四号卫星数据的应用与分析,此次研究以Himawari-8数据,结合风云三号覆盖黑龙江的过境时间,进行秸秆焚烧面积信息提取及火点监测,并与风三监测结果进行比较,分析Himawari-8的可靠性与稳定性。结果表明:Himawari-8和FY3监测火点信息基本吻合,Himawari-8监测不到FY3监测到的最小火点面积0.02hm^2,亮温在302 K左右,说明Himawari-8在0.02-0.38 hm^2范围以下对秸秆焚烧火点的监测敏感度不够。     

CLDAS陆面融合实况数据对天津雾和霾判识的准确性分析

雾和霾是危害人类健康和影响社会经济发展的灾害天气，精细化的实况资料能够在雾和霾的防治中发挥重要作用。利用2017年12月1日至2020年11月30日天津及其周边地区国家气象观测站资料、Himawari-8卫星L1级全圆盘观测数据和L3级气溶胶光学厚度产品，分析了中国气象局陆面数据同化系统（CMA Land Data Assimilation System,CLDAS）能见度和相对湿度融合实况分析产品判识天津地区雾、轻雾和霾的准确性。结果表明：与台站资料相比，CLDAS产品对轻雾、雾和霾的平均检出率分别为90.4%、84.2%和78.8%;CLDAS产品对轻雾的逐月检出率为81.1%～96.4%，雾和霾出现较多的月份，其检出率均在80.0%左右。个例分析表明CLDAS产品判识的雾、轻雾和霾与台站观测结果以及Himawari-8卫星反演检测结果基本一致。CLDAS产品未正确判识雾、轻雾和霾的情况主要表现为雾误判为轻雾（各站为3.8%～21.4%）和霾漏判（各站为8.6%～25.0%）。当台站水平能见度在区间[0,0.75 km）时，CLDAS能见度的误差主要导致雾误判为轻雾；在区间[0.7...     

基于局部薄盘光滑样条函数的重庆地区气温空间插值

利用薄盘光滑样条函数的曲面拟合程序ANUSPLIN和数字高程模型(DEM),对2017年12月31日21时至2018年12月31日20时重庆1 000个台站的气温要素进行空间插值,结果显示:以经、纬度为函数自变量,海拔高度为协变量,样条次数为2的三变量局部薄盘光滑样条函数作为插值方案,实现了对站点稀少的山脉地带气温的插...     

广东省能见度自动观测系统资料评估分析与订正

利用广东省能见度自动观测系统22个站点2011年的人工观测和自动观测的能见度资料,分析了人工观测与自动观测的能见度资料的相关系数、均方根误差等,并对自动观测资料进行了订正。分析结果显示:人工观测与自动观测能见度的分布大致相同,表现为沿海的能见度高于内陆,粤东高于粤西,主要低能见度区域集中在珠江三角洲和粤西的内陆地区;自动观测能见度的准确性主要受到仪器工作原理局限性、气溶胶类型和气象条件的影响。对能见度自动观测资料订正结果显示:订正后,在低能见度时,大部分站点的均方根误差在3km以内;在高能见度时,大部分站点均方根误差在8km以内,平均为6km左右。利用统计方法对器测能见度值作数据订正,能有效减小测量误差,使能见度自动观测系统能基本满足能见度自动化观测需要,特别是低能见度事件的服务需求。     

利用地面自动化观测系统监测2011年北京大雾

利用北京地区地面自动化观测资料中的能见度、相对湿度及人工业务观测记录数据,结合卫星观测的雾厚度数据图,对2011年10月底至12月初的3次大雾天气过程进行了实时动态监测和数据分析,初步形成地面自动化观测资料在雾的监测过程中的应用产品,研究表明,利用能见度数据以及相对湿度数据可以完整地监测大雾的发生、发展、持续和消散过程,与气象业务上应用的卫星观测到的雾生消趋势基本一致,但是在生消时间的监测上更具优势。     

专用气候数据空间插值软件ANUSPLIN及其应用

空间化的气候数据作为环境因子参数是区域气候模型和地学模型的基础,而插值软件是实现气候观测点数据空间化的工具.ANUSPLIN基于薄盘样条函数理论,引入多个影响因子作为协变量进行气象要素空间插值,大大提高插值精度,且能同时进行多个表面的空间插值,对时间序列的气象要素更加适合.     

能见度激光雷达在一次琼州海峡大雾中的应用

正能见度激光雷达和前向散射能见度仪所获得的能见度变化趋势一致,数据结果合理,可为琼州海峡大雾监测预报预警提供了很好的科学依据,助力2019年春节期间琼州海峡航运通畅。能见度激光雷达与卫星云图进行互补观测,可取得更好的监测大雾动态效果,为海上交通安全提供更有力保障。     

卫星云图资料在降水量客观分析中的应用试验

利用葵花8号卫星资料和地面降水观测资料,采用Spark GBT(Gradient Boosted Trees Regression)学习算法对中国西部地区进行定量降水估计(QPE),采用三维Barnes插值方法得到逐时降水格点场。试验结果表明,引入卫星资料估计降水,可以有效地改进站点密度小的区域的降水格点场的客观分析精度。     

高山区多时间尺度Anusplin气温插值精度对比分析

以中国地形起伏较大的横断山区为研究区,利用研究区内51个国家气象站点1960-2014年气温数据,以高程为协变量,采用Anusplin对不同时间分辨率(年代、年均、季节、月、日)的气温数据分布进行空间插值。通过气象站点交叉验证,结合绝对误差(平均绝对误差和均方根误差)和相对误差(平均相对误差)等量化指标,对比分析各个时间尺度气温数据的插值精度。结果表明:(1)夏季插值的绝对精度和相对精度最优,年代、年均和秋季气温插值的绝对精度水平相近,春季次之,冬季气温插值的绝对精度和相对精度最差。(2)在区域气候变化趋势方面,各个时间尺度气温插值数据的变化趋势和变化率与观测值结果一致。(3)年内各月均温和各月内日均温插值结果的相对精度和绝对精度在夏季月份精度最佳,在冬季月份精度最差,且各月内日均温插值结果在绝对精度和相对精度方面均低于各月均温插值结果的精度水平。分析显示,利用Anusplin的山区气温插值,气温海拔梯度性的优劣是造成不同时间尺度气温插值精度水平不一致的主要原因。     

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。     

MODIS遥感数据在我国台湾海峡海雾监测中的应用

海雾是一种常见的灾害性天气现象。以我国台湾海峡为示范研究区, 利用新一代卫星传感器MODIS的可见光和红外探测通道数据, 在分析海洋、中高云、低云和海雾等不同下垫面的MODIS光谱辐射特征基础上, 选择对海雾具有敏感反应的探测通道, 通过综合判识建立台湾海峡海雾遥感监测模型。利用该模型对2004-2007年我国台湾海峡海雾事件进行监测, 并用福建沿海5个地面气象观测站的能见度数据对监测结果进行验证分析。结果表明:基于MODIS数据的海雾遥感监测模型能够较准确地对台湾海峡海雾分布和发展过程进行监测, 从地面观测数据与卫星监测结果对比验证来看, 海雾监测的准确率可达80 %以上, 具有较高的业务化应用前景。     

气象卫星遥感地表温度推算近地表气温方法研究

气温是各种植物生理、水文、气象、环境等模式或模型中的一个非常重要的近地表气象参数.多年来气温数据以离散的常规气象站点观测为主,连续分布的格点气温数据则以站点资料插值而得到,分辨率低,无法反映地形等下垫面因素对局地气温的影响,在农业气候区划等研究中具有一定的局限性.随着卫星遥感地表温度算法的日趋成熟,为探讨卫星遥感地表温度数据在气温观测中的可能性和可行性,利用全中国2340个站点1998 2007年的逐旬平均最高气温数据,以及相应时段的NOAA/AVHRR旬最高地表温度数据,以线性回归及拟合模型为主,通过考虑植被指数、土地覆盖类型、季节、风速、气压、降水等各类影响因子,建立了旬最高地表温度与旬平均最高气温间的推算模型,并利用未参与建模的2002-2003年的常规气象站点气温数据,同时与推算气温和插值气温结果进行对比分析.结果表明,利用卫星遥感地表温度数据推算的旬值气温数据可取得较高的精度,尤其在地形复杂地区以及站点稀疏地区精度明显高于插值气温结果.     

FY-3A卫星近海面气象要素在冬季夜间海上能见度分析中的应用

对FY-3A气象卫星大气温度湿度廓线资料进行夜间大雾低能见度分布反演计算,并运用美国LAPS(Local Analysis and Prediction System)局地分析与预报系统,与FNL再分析资料多要素反演数据进行多源要素融合分析。FY-3A卫星反演得到的大雾低能见度分布,经与Micaps(Meteorological Information Comprehensive Analysis and Process System)系统地面天气图, FY-2E地球同步卫星红外云图,要素统计气象年鉴记录等对比检验,显示反演的低能见度区范围及强度合理。尤其是对海上缺乏常规观测资料网的海域,提供了夜间海上能见度分布信息。进一步地通过LAPS系统对比卫星资料、再分析资料、以及卫星与再分析资料融合的3种方案结果,显示将卫星监测资料与FNL再分析资料的融合效果,对单来源资料反演的大雾低能见度分布有较好的改善。融合后对卫星资料而言,卫星轨道盲区已经弥合,其次,获得了海上低能见度区分布的信息,对海上和沿海雾区能见度的强度得到合理改善。对于FNL再分析资料,原有的各项要素强梯度被合理平滑。低能见度范围也有调整改善。重要的是海上大雾低能见度区的分布,得到FY-3A卫星信息和数值模拟信息的互相验证与信息综合,可信度增强。     

智能网格能见度实况融合格点分析产品在一次大雾天气过程中的评估

采用邻近插值和双线性插值方法,将国家气象信息中心研发的能见度实况融合格点分析产品插值到四川省156个国家级考核站,选取2018年11月25日四川盆地一次大雾天气过程,对其在四川盆地的适用性进行评估.结果 表明,该产品误差普遍在5km范围内,随着海拔的增加,逐渐由低估转为高估;分级检验为:30km以上能见度的误差最大,随着能见度的下降,误差也逐渐下降.大雾过程中,产品能监测低能见度天气,表现出落区的变化,能见度在30km以上时,格点实况以高估为主,30km以下时随着能见度的降低,格点实况从低估逐渐转为高估.     

基于深度学习的卫星多通道图像融合的海雾监测处理方法

海雾无论在海上还是在沿岸地带，都因其恶劣的能见度对交通运输、海洋捕捞和海洋开发工程以及军事活动等造成不良影响，因此对于海雾的实时监测和预报就显得尤为重要。本文提出了基于深度学习的静止气象卫星多通道图像融合分割算法，使用D LinkNet深度卷积神经网络语义分割算法模型对黄渤海海域范围的16通道、空间分辨率为0.5 km的Himawari 8卫星数据进行研究。分别采用均交并比（mIOU）以及观测值检验作为评价指标，在测试集上的mIOU为0.9436，并且用卫星测试数据结果与海上观测数据结果进行对比，得出雾区准确率（检测有雾且真实有雾/检测有雾）为66.5%，雾区识别率（检测有雾且真实有雾/（真实有雾-云覆盖））为51.9%，检测正确率(检测正确/总样本)93.2%。本文提出的方法能为海雾监测提供一个可靠的参考。     

不同场景下的交通能见度估算模型的应用

能见度监测是交通出行安全的重要保障,尤其对机场和高速公路的大范围低能见度的监测和预警更为重要.在传统人工目测方法的基础上,以激光透射能见度仪为代表的仪器测量方法更为准确,但存在探测范围小、维护成本高、全覆盖耗资大的局限性.为了克服以上缺陷,使交通能见度的估计更为灵活、高效,本文基于机场气象站点观测数据、机场大雾以及高速...     

基于高速公路视频图像的能见度计算

能见度作为重要的气象观测因素之一,影响高速公路行车安全.基于视频资料的能见度计算方法类似于人眼的感知方式,具备对恶劣天气条件和复杂场地的适应性.基于安徽省2016年10月17日、12月1日和7日的3次大雾天气过程,选取跨省分布的3个高速公路站点,使用对应时次下视频图像灰度值均方差与能见度观测值建立计算模型.结果表明：1）随着大雾天气过程变化,模型计算结果较好体现了能见度的变化规律,对高速公路行车具有指导意义;2）基于视频图像的能见度计算方法类似于人眼观测,能见度越高,人眼分辨地物清晰度越高,图像均方差越大;3）由于监测原理和环境差异,能见度测量值与模型计算结果之间存在误差,理论上大雾空间分布越均匀,能见度仪和监控摄像头距离越近,计算误差越低.     

基于最优插值方法分析的中国区域地面观测与卫星反演逐时降水融合试验

为了发展一套适用于中国区域的高分辨率(0.1°×0.1°)逐时降水产品,以CMORPH卫星反演降水为背景场,以基于3万个自动气象站观测的逐时降水量分析的中国降水格点分析产品(Chinese Precipitation Analyses,CPA)作为地面观测场,采用最优插值方法对二者进行了融合试验.用2009年6-8月的样本统计分析了卫星反演与地面观测降水的误差及其协相关形式,按照误差结构来分配权重.融合试验的个例检验表明,该方案在有站点的地区能较好地引入地面观测信息,在没有站点观测的地区则保留CMORPH的原始信息,最终形成一套覆盖中国区域的高时空分辨率的降水场.2009年6-8月独立样本检验的统计结果也表明,该融合产品的平均偏差、均方根误差、相对误差分别为-0.004 mm/h、1.271 mm/h和15.964％,平均空间相关系数达到0.778,与融合前CMORPH的各统计值相比,改进幅度基本都超过了50％,且与风云系列卫星的同类型产品相比精度也有一定程度的提高.