EOS—MODIS卫星资料在北疆大雾监测中的应用分析

根据雾与云、积雪、裸地等地表物在可见光、长波红外和中红外波段的反射及辐射特性差异,利用MODIS卫星多通道多光谱探测数据,采用最佳波段组合法和量化判识指标法,对2006年3月8日到10日北疆大雾天气进行判识检验试验和动态监测分析。结果:发现较利于雾与背景(地物、云、雪)分离的最佳波段是可见光B0.65μm和近红外B0.85μm、短红外B1.64μm、中红外B3.7μm、热红外B11μm,综合判识就可以将云、雾、雪、裸地有效的区分;雾在夜间的有效温度在中红外波段比热红外波段低,可采用中红外和热红外波段的组合方法,根据两通道的亮温差进行雾的监测。     

FY-4A资料在乌鲁木齐机场浓雾天气监测中的初步应用

利用FY-4A多通道扫描成像辐射计(AGRI)所生成的多通道图像及L2级卫星云产品数据,结合地面观测实况资料,对2019年1月25—26日和3月17—18日发生于乌鲁木齐国际机场的两次持续性浓雾天气进行分析,结果表明:对于浓雾的监测,白天综合使用通道3(BD_(0.83μm))、通道6(BD_(2.2μm))、通道8(BD_(3.725μm))和通道12(BD_(10.8μm))能很好地显示雾区范围、雾顶云结构、雾区温度等特征,且云图能很好地表现雾的消散。夜间可以结合BD_(10.8μm)和BD_(3.725μm)的差(以下简写为BTD_(10.8μm-3.725μm))和BD_(10.8μm)图像,用于识别夜间雾区,BTD_(10.8μm-3.725μm)通道亮温差越大说明雾的浓度越强。FY-4 A卫星云顶高度和云分类产品对雾的微物理特征结构反应更为细致,对于夜间大雾监测有较好的效果,能够弥补可见光通道1～通道3、短波红外通道(BD_(2.2μm))和中波红外通道(BD_(3.725μm))仅能在白天使用的不足。     

我国风云四号气象卫星与日本Himawari-8/9卫星比较分析

从观测仪器种类、观测波段设置、观测时空分辨率、仪器灵敏度、仪器定标精度、数据服务能力等六个方面比较和分析了我国风云四号(FY-4)试验星与日本Himawari-8/9卫星的水平和差距。从观测仪器种类方面来看,Himawari-8/9卫星只装载了辐射成像仪(AHI),FY-4试验星除装载一台与AHI性能基本相当的扫描辐射成像仪(AGRI)外,更将首次在静止轨道上同时实现红外干涉式高光谱探测和闪电探测;观测波段设置方面,FY-4试验星搭载的AGRI与Himawari-8/9 AHI基本相当;时空分辨率方面,AHI略优于AGRI;仪器灵敏度方面,AHI和AGRI在发射波段基本一致,AHI在反射波段明显优于AGRI;仪器定标精度方面,AHI和AGRI基本相当;数据服务能力方面,FY-4试验星仍然采用传统的卫星直接广播和借助通信卫星转发两种模式,而Himawari-8/9以互联网云服务为主,可按需灵活调配服务内容和性能且运维成本较低。     

利用MODIS卷云通道对长江中游一次大雾过程的监测

利用MODIS卫星通道的红外特征,对2009年1月8—11日长江中游地区的一次大雾过程进行了分析。结果表明,由于云、雾、地表所处高度不同,位于水汽的强吸收带的MODIS卷云通道(1.38μm),在辐射传输过程中对水汽吸收的程度有一定的差异,从而导致MODIS接收到这些目标物的反射率差异较明显。其中雾与地表在1.38μm波段的反射率近似相等,而与云则有明显的差别。另外,通过31波段与20波段辐射亮温差的光谱廓线分析,发现云雾的亮温差要明显小于地表。     

GMS—5卫星图象产品简介

省气象信息网络中心自1995年8月份起处理、上网GMS—5卫星云图,给各网络用户提供三个通道、二种投影共五类云图图象产品,即红外兰勃脱图、红外麦考托图、可见光麦考托图、水汽兰勃脱图和未投影的可见光图.本文介绍了卫星图象产品的特点、接收情况及各种云图的观测原理,供大家参考.1 新卫星与GMS—4卫星的不同点及接收简况GMS—5卫星是1995年3月份日本发射的静止卫星,它与GMS—4相比作了一些改进,将GMS—4的红外探测通道波段10.5～12.5μm分割为两个通道,红外1:10.5～11.5μm,红外2:11.5～12.5μm并增加了红外3为水汽通道,波段为6.5～7.0μm,可见光波段从0.55～0.75μm改为0.55～0.90μm.     

双波段大气向下红外辐射云遥感数值模拟

为了将卫星多通道遥感技术应用到地基测云红外遥感中,利用SBDART(平面平行辐射传输模式)模式对双波段(10.3～11.3μm,11.5～12.5μm)大气向下红外辐射进行计算。分析了双波段辐射亮温差的特点,讨论了不同能见度、不同天空状况对两通道亮温差的影响,同时将利用实际测量的亮温差值所判断出来的天空状况与实际天空状况进行了对比。结果表明,在能见度较好时天顶方向辐射率变化比天边方向明显;在高能见度时一定天顶角范围内,可以利用不同天空状况亮温差不同的特点对云进行识别。     

浙江省静止卫星白天大雾识别方法研究与检验

根据大雾在可见光、长波红外波段的反射及辐射特征差异,基于高时空分辨率的FY2E静止卫星开展白天大雾识别方法研究。统计分析白天大雾的卫星特征并提取多通道动态阈值,并与自动站观测数据相结合,利用阈值叠加可以实现大雾的自动识别。研究发现,白天大雾的反射率一般介于20%~50%,红外亮温一般集中在270~285 K的范围,通过双通道阈值的结合,基本可以滤除海洋、地表和厚云,达到粗判识大雾的目的。另外,由于地表温度和长波红外亮温的正相关,分季节设定阈值可以适当提高识别准确率,并且同一时刻的大雾反射率和亮温存在像元的均一性特征,因此,实时动态提取双通道阈值,缩小阈值区间,有利于降低虚报率;大雾的细判识需要结合相对湿度的观测数据,滤除低湿区,可以使TS评分增加20%以上。通过对16天大雾样本的检验表明,探测率达到92%,漏报率为8%,但虚报率较高,达到32%,TS评分达到62。可见,卫星双通道和自动站数据的结合应用,在大雾的自动识别中可以达到较高的准确率,但是低云覆盖下的大雾识别存在高虚报的情况,精细分离低云、轻雾和大雾仍然存在困难。     

利用FY-2E红外和水汽波段对强对流云团的识别和演变研究

使用FY-2E静止气象卫星的红外1(10.3~11.3μm)和水汽波段(6.3~7.6μm)时序图像,对强对流云进行识别和短时预测。亮温阈值法是将强对流云和其他高云区分开的常用方法,但是合适的亮温阈值是随着时间和空间而变化的,过高的阈值会将许多卷云包括进来,太低的阈值会排除掉云顶发展还不是很高的强对流云。水汽波段所在的位置是水汽的一个强吸收带,而高度在400 h Pa上下的大气层是水汽波段的一个强吸收层,大气在垂直方向上的对水汽波段辐射吸收的分布模式使得卫星接收到的水汽波段辐射主要来自于400 h Pa以上的大气中高层,而卫星接收到的红外波段辐射主要来自于大气中低层,两个波段间辐射来源的差异使得不同光学厚度的高云的辐射观测值在红外—水汽光谱空间中的分布具有明显差别,并且这种差异具有时空的稳定性。本文将一定范围内的云团的象元测值在红外—水汽光谱空间中的分布的拟合直线斜率作为强对流云识别的依据,结果表明相对于亮温阈值法,本文的识别方法不仅能够较好地区别卷云和强对流云,同时也能更有效地识别未达到旺盛阶段的对流云。在对强对流云进行识别后,根据相邻时间段的卫星图像,利用交叉相关法反演得到强对流云团顶部的位移矢量场,并根据后向轨迹法对强对流云团位置形状进行短时预测,预报结果在短时间内(0~1 h)较好,并且对面积较大的云团的预报效果要优于较小的对流云团。此外文中还利用逐半小时的云顶黑体温度(Temperature of Black Body,TBB)资料分析了云顶亮温的分布变化,得到了整个强对流过程的演变特征。     

FY-4A AGRI热红外通道辐射定标的精确外场评估

Fengyun-4A(FY-4A)卫星是2016年12月11日发射的我国新一代对地静止气象卫星,它配备了先进的成像仪和测深仪,可提供高时空和光谱分辨率的探测信息,用于天气气候相关的监测、预警和预报。多通道扫描成像辐射计(AGRI)是FY-4A卫星平台挂载的关键辐射成像仪器,重点用于云观测,并利用高时间分辨率的特征进行天气过程追踪。AGRI的红外辐射通道具有全光路的星上红外定标系统,与FY-2上的红外可见自旋扫描辐射计(VISSR)相比,无论在定量标定、成像速度和空间分辨率方面均有了显著改善。FY-4A AGRI的在轨运行状态和星上辐射定标水平的精确评估,对红外通道产品应用具有重大意义。     

基于FY-3A/VIRR卫星资料的江西省大雾遥感监测

根据雾在可见光、中红外、长波红外通道的反射及辐射特性与云和地物存在差异,从纹理特征、光谱分布特征等方面对云雾的差异进行分析研究,并利用多波段阈值法对风云三号气象卫星遥感影像进行日间大雾信息提取。结果表明,FY-3A/VIRR遥感资料对江西省大雾的监测效果较好,可在大雾卫星遥感监测业务中推广应用。     

一次导致重大交通事故的大雾天气成因分析

利用地面气象观测资料、卫星遥感资料以及ERA-Interim再分析资料对2017年11月14日夜间至15日早晨安徽境内一次导致严重交通事故的大雾天气过程进行分析,结果表明:1)此次大雾天气覆盖范围广,区域差异明显,江淮之间中西部、沿淮西部部分地区能见度不足200 m,交通事故发生路段附近的最低能见度不足100 m;能见...     

2014年初冬湖北省一次大雾成因分析和数值模拟

利用湖北省高速公路交通气象站观测数据及NCEP的1°×1°格点再分析资料,分析了2014年1月29—30日发生在湖北省内的大雾天气过程的气象要素变化特征及大雾形成机理,并利用优化参数化方案的数值模式对本次大雾过程进行了模拟。结果表明,大雾过程能见度基本与相对湿度变化趋势相反,气温与能见度变化趋势基本一致,风速都较之前有所下降。本次大雾是暖平流影响后,经夜间辐射冷却降温后形成,属平流辐射雾。利用WRF模式对本次大雾过程的模拟结果表明,除对海拔较高、受局地地形影响较大区域的模拟效果不理想外,模拟的大雾范围、强度、生消时间等与实况基本相符,可为以后大雾预报提供一定的参考。     

泰罗斯—N短波红外云图的一些特点

美国第三代业务气象卫星泰罗斯—N(TIROS—N)于1978年10月13日发射成功。我国陆续接收到了一些TIROS—N发送的APT云图。该卫星上现有四个云图通道,其波段分别为:0.55—0.9μ,0.725—1.0μ,3.55—3.93μ以及10.5—11.5μ。后两个通道给出红外云图,为叙述简便起见,下面我们称第三通道的云图为短波红外云图,第四通道的云图为长波红外云图。TIROS—N以前的业务气象卫星,一般只携带两个通道的辐射计,其中可见光通道的波段为0.55—0.75μ,而红外波段的通道则经常选用10.5—12.5μ红外窗区,     

NOAA气象卫星草地遥感研究动态

NOAA气象卫星安装了改进型甚高分辨率辐射仪(AVHRR),采用相应的轨道设计.与Landsat和SPOT卫星相比,具有时间分辨率高,成象面积大,成本低,不受地理条件限制等优点,而且具备进行草地遥感的光谱波段,使其在草地遥感研究中的应用日益广泛.一、气象卫星草地遥感的基础研究NOAA/AVHRR通道1(CH1)的光谱波段为0.58-0.68μm与Landsat/MSS5(0.6-0.7μm)、TM3(0.63-0.69μm)、SPOT/HRV2(0.61-0.68μm)的波段范围和光谱响应函     

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。     

短波红外光谱土壤反射率的测量

利用DG-2短波红外光谱辐射计，得到了短波红外波段不同含水量下的土壤反射率。分析了土壤短波红外区的光谱特性，表明1.6μm附近有较好的光谱响应，以及该波段反射率与含水量有较好的负相关性的特点。所得结论为气象卫星短波红外区域的通道选择提供了可行性的依据。该实验为卫星遥感数据的处理、分析和判读积累了部分实测资料。     

城市和沿海大雾遥感自动检测和云、雾分离技术研究

鉴于大雾对沿海城市国民经济的巨大影响,迫切需要对大雾产生时的分布、范围、地点等状况进行实时监测和精细分析。本文以FY-2C/D、MTSAT静止气象卫星为主,其他极轨卫星为辅,从光谱特征出发,利用大量历史、实时同步或准同步气象卫星与地面能见度观测资料,客观分析了云、雾、下垫面的晴空象元在可见光和红外各波段的光谱特征及辐射...     

利用MODIS资料定量判识沙尘暴方法研究

为了利用MOD IS资料对沙尘暴的范围和强度进行定量判识,应用多时次MOD IS多波段资料,在对沙尘暴、云、雪和沙漠光谱特征进行较为细致分析的基础上,寻找出能区分沙尘、云和地表的波段,构建了2个定量判别沙尘暴范围和强度的沙尘指数,并利用沙尘指数对2002~2005年多次MOD IS沙尘暴的范围和强度进行判识。研究结果表明:1)沙尘在反射光谱段的光谱特征为反射率随着波长的增加而增大,与土壤光谱特征相近;大粒径沙尘反射率增长速率大于小粒径沙尘。2)小粒径沙尘具有较典型的气溶胶特征,对0.46μm蓝光波段敏感,对1.6和2.1μm短红外波段不敏感。3)大粒径沙尘不具有气溶胶特性,对蓝光波段不敏感,对短波红外敏感。4)3.7μm和8.5μm是对沙尘敏感波段,2波段的差可以作为判别沙尘的指标,并在一定程度上反映沙尘强度。5)设计的2个沙尘指数对监测沙尘十分有效,且方法简单,适于业务应用。     

葵花8号卫星在白云机场一次强对流冰雹中的监测应用

针对2019年2月21日强对流冰雹过程,采用广东省多普勒雷达拼图的组合反射率因子资料作参考真值,分别利用葵花8号卫星资料的11.2μm通道与7.0μm通道亮温差拟合和11.2μm通道、7.0μm通道分段拟合对雷达回波进行反演,发现在强对流(回波强度≥35 dBZ)识别上,11.2μm通道、7.0μm通道分段线性拟合比亮...     

FY-4A AGRI辐射率资料偏差特征分析及订正试验

风云四号A星（Fengyun-4A,简称FY-4A）作为我国最新一代静止气象卫星,各方面技术指标都体现了“高、精、尖”特色,处于国际领先地位。其上搭载的多通道扫描成像辐射计（Advanced Geosynchronous Radiation Imager,简称AGRI）较上一代静止卫星风云二号的可见光红外自旋扫描辐射仪观测精度更高、扫描时间更短,充分体现AGRI观测资料将有效提高“一带一路”沿线国家和地区的天气预报和灾害预警水平。偏差订正是卫星资料处理的重要环节之一,因此本文通过在WRFDA v3.9.1（Weather Research and Forecasting model’s Data Assimilation v3.9.1）搭建AGRI同化接口,利用RTTOV v11. 3辐射传输模式和GFS全球预报系统（Global Forecast System）分析场研究了FY-4A AGRI红外通道8～14晴空辐射率资料的偏差特征并进行偏差订正对比试验,分析了卫星天顶角对AGRI资料偏差订正的影响,为将来实现AGRI红外通道辐射率资料在中尺度模式中的同化应用奠定基础。结果表明:（1）通道8～10及14为正偏差,通道11～13为负偏差。水汽通道9和10偏差及其标准差相对较小,偏差海陆差异不明显。通道11～14探测高度较低,陆地上观测受地表发射率影响大,质量控制时可剔除这些通道陆地上的观测。（2）各通道偏差随卫星天顶角变化的拟合直线斜率都小于0.035,对比试验结果表明偏差与卫星天顶角的关系不明显,预报因子中无需考虑卫星天顶角的作用。（3）通道8及11～14的偏差随着目标亮温的变化比水汽通道9～10明显,偏差有较强的目标亮温依赖特征。（4）根据分析的偏差特征对2018年5月13日18时（协调世界时,下同）至15日18时进行变分偏差订正试验,系统性偏差得到了有效的订正。