基于卷积神经网络的西北太平洋夜间海雾/低云卫星检测方法研究

使用Himawari-8静止卫星数据,基于CALIPSO卫星云底高度结合云雾水平均匀性特征提取海雾/低云标签,并使用全卷积神经网络与全连接条件随机场相结合的模型(Fully Convolutional Network and Conditional Random Field, FCN-CRF),提出一种夜间海雾/低云卫星检测方法。经过建立与训练模型,使用CALIPSO卫星的海雾/低云观测检验FCN-CRF模型和双通道差值法的结果。FCN-CRF模型表现良好,其检出率(probability of detection, POD)为0.611,虚警率(false alarm ratio, FAR)为0.174,临界成功指数(critical success index, CSI)为0.541,Hanssen-Kuiper技能分数(Hanssen-Kuiper Skill Score, KSS)为0.436,Heidke技能分数(Heidke Skill Score, HSS)为0.577,整体优于双通道差值法。     

MODIS卫星海雾检测技术研究

以MODIS/TERRA卫星为数据源,以2006~2009年黄渤海区域五个台站的实况资料和部分海测资料为依据,选取了23幅有雾天气卫星云图为样本,对卫星36个通道进行了相关性分析实验,通过该实验实现了海雾特征通道的选择。对特征值与日地关系因子进行了相关性分析实验,讨论了日地关系因子对海雾特征值的影响,提出了特征通道特征值的订正方法。在此基础上,运用阈值法进行了海雾检测,取得了理想的海雾正检率。     

CALIOP、CPR数据在探测海雾中的应用

海雾是影响海上活动的重要因素,对海雾进行检测对于人们的海上运输、科研等具有重要意义。本文采用同步匹配的CALIOP(Cloud-Aerosol Lidar with Orthogonal Polarization)和CPR(Cloud Profiling Radar)资料以及MODIS(Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer)数据对25°N～42°N、118°E～128°E东中国海区域2007—2016年10年间60次海雾案例进行了观测对比和分析研究。采用CPR数据进行了云分类分析,给出了CPR数据资料检测海雾的方法。对于存在高空多层云或厚云遮挡的海雾,以及低空厚云/雾的检测,分析了采用CPR和CALIOP数据的优缺点。研究表明,CPR海雾探测可作为CALIOP海雾探测的补充,二者结合有较强的互补性,对于海雾遥感检测具有一定的实际应用意义。     

卫星遥感监测人类活动所致海洋环境污染研究进展

随着沿海地区城市化及工业化快速发展,人类活动对近岸海洋造成了陆源、气源、海源三类源头污染,导致海洋环境质量下降。卫星遥感具有覆盖范围大、快速、准确的监测能力,是全球海洋环境动态监测与评价研究重要手段。从三种海洋环境污染源出发,辨析人类活动造成的不同种类污染及其监测指标,梳理国内外卫星遥感监测相关海洋环境污染研究,检视卫星遥感技术方法在这些海洋环境污染上的应用,发现（1）人类活动造成的海洋环境污染主要是海洋水质污染、海洋垃圾和微塑料、海洋大气污染沉降污染三种类型。（2）水质污染的遥感监测应用有效针对水质环境恶化、灾害的大面积沿海水质环境等常规现场监测方法无法满足的情况,而海洋垃圾与微塑料污染监测方法已经从遥感反演到机器学习,海洋大气污染沉降的遥感监测应用中需要更多大气污染参数以达到精确监测。（3）海洋环境污染卫星遥感监测仍然受到影像数据的分辨率限制,同时受海洋的立体性和流动性影响,因此未来研究应集中于立体化的海洋遥感探测技术,同时利用卫星、航空、船舶、岸基等多源、多时空的监测数据,将光学物理传感器与生物传感器相结合,构建海洋多源监测数据库,为政府及相关商业部门提供即时海洋管理依据,辅助完善海洋文明与海洋空间规划。     

海草的卫星遥感研究进展

海草、沙滩、砾石以及淤泥等不同底质类型对光谱的反射率不同,通过卫星遥感检测反射率的变化可以鉴别海草等底质类型。由于海草体内含有叶绿素a、叶绿素b以及花青素和叶黄素等色素,通过检测这些色素的光谱可以对海草分布以及生存状态进行卫星遥感检测。主要从多光谱、高光谱等角度对近岸光学浅水中海草的卫星遥感以及国内对海草和水体生物光学研究状况等方面进行阐述,并对未来的研究趋势进行展望。     

我国卫星海洋遥感监测

卫星遥感是20世纪50年代发展起来的一种新技术.运用这项新技术,可以对浩瀚的海洋进行实时、全方位的立体监测,长期获得稳定可靠的海洋观测资料.本文介绍了我国卫星海洋遥感监测现状,包括对海上台风、海洋赤潮、海冰、溢油、海温、海岸带等方面的监测,还简要介绍了我国海洋卫星和海洋卫星遥感监测的未来发展.     

基于Himawari-8数据的夜间海雾识别

海雾是一种发生在海面的灾害性天气现象,掌握海雾的分布与生消变化,能有效地减少海雾带来的危害。卫星遥感观测具有近实时、大范围覆盖、连续观测等特点,特别是高时间分辨率的静止卫星观测系统,能够对海雾的发生−发展−消亡过程进行动态跟踪观测。本文以2018‒2019年黄、渤海发生的海雾事件为样例,利用日本静止气象卫星Himawari-8（H-8）红外辐射数据,分析海雾的多通道红外亮温辐射特性,通过不同波段差和波段比组合,定义海雾和晴空水体分离指数、海雾和一般云系分离指数、多通道亮温差斜率指数以及中红外亮温纹理指数,提出基于多指数概率分布的夜间海雾监测算法;算法分别应用于H-8和韩国静止气象卫星GEO-KOMPSAT2A（GK-2A）数据,对2020年2‒6月发生的6次海雾事件多时次卫星观测识别出的海雾位置分布和覆盖面积进行对比实现互验证,结果表明,本文提出的夜间海雾监测算法能有效地实现夜间海雾的识别;选择2020年4月29日夜间H-8和GK-2A 每10 min一次连续观测数据的监测结果,对海雾的发生区域进行跟踪分析,清晰地展现出此次海雾事件的发生、发展演变过程,说明算法能清楚地监测出各时段海雾的分布,跟踪海雾的发展变化,可为海上大雾的防灾减灾提供科学依据和决策基础。     

海冰密集度卫星遥感反演研究进展

海冰密集度是海冰的重要参数之一,在冰区导航、海上作业、海冰模式验证和气候模型改进等方面具有重要意义。卫星遥感具有覆盖范围广、重访周期短、成本相对低等优势,已成为获取海冰密集度的主要观测手段。本文从主被动微波遥感和光学遥感的角度,回顾了现阶段海冰密集度卫星遥感反演研究进展情况,包括海冰监测传感器、海冰密集度反演算法和海冰密集度产品等。结果表明,被动微波遥感是目前获取海冰密集度的主要方式,已发展出许多成熟的业务化算法;主动微波遥感数据已成为制作冰情图的主要数据源,海冰密集度反演算法由合成孔径雷达SAR（Synthetic Aperture Radar）图像分类向深度学习算法发展;光学遥感海冰密集度算法较为成熟,但受限于云层和夜晚限制,其反演结果多用于其他海冰密集度产品的验证。受传感器硬件限制,3种观测手段各有其长处与不足。为获得高精度、高时空分辨率的海冰密集度数据,开展多源数据融合研究是解决传感器性能瓶颈的有效手段。大数据时代,基于深度学习的海冰密集度卫星遥感反演技术快速发展,需要深度融入海冰密集度卫星遥感领域知识。海冰密集度卫星遥感反演应着力于海冰预报服务,致力于提高我国的海冰预报能力。     

渤海海冰卫星遥感监测业务系统

本文介绍了我们在微机图象处理系统上开发的海冰卫星遥感监测业务系统以及海冰多数提取的方法。核系统的功能包括卫星数字信号的实时采集、预处理、图象处理、定量数值处理以及形成多种形式的海冰遥感产品。三年来系统运行正常,获得了系统的海冰遥感资料,在海冰业务预报和数值预报试验中发挥了作用。     

胶东半岛北部沿海海雾特征及成因分析

本文从海－气之间的差异及时空分布、环流特征、大气低层温、湿场的属性入手，对山东半岛北部沿海海雾的特征及成因做了初步探讨。归纳出海雾生成的三种类型：低压前部型，高压底部型，弱冷蜂型。为海洋预报、服务提供了一定的依据     

基于卫星遥感海面温度数据的海洋锋分海区分析方法

为了能够合理准确地描述海洋锋特征体系以及锋区本身的各种结构要素,提出了一种中国近海海洋锋分海区分析方法:首先,在对中国近海27条典型海洋锋的时空分布特征和季节演变系统归纳的基础上,基于多年卫星遥感海面温度数据锋面出现频率图,得出中国近海海区锋面系统划分方法;然后,利用日益更新的高时空分辨率卫星遥感海面温度数据,对各划分海区内海洋锋时空分布特征进行分析,调整纠正以往锋面系统分析的偏差或空缺,对中国近海锋面系统进行补充完善,为中国近海各锋面系统特征参数的规范化分析和准确的特征描述奠定基础。该方法对完善我国近海锋面系统研究具有长远的应用价值,对形成中远海及世界大洋海洋锋时空分布特征具有指导作用。     

基于20年卫星遥感资料的黄海、渤海海雾分布季节特征分析

目前对海上雾分布的认识多基于沿岸测站和海上船舶、浮标观测,但这些数据非常稀少,且存在代表性和数据质量方面的问题,因此一直缺乏对海雾分布更全面、清晰的了解。卫星遥感数据空间均一、覆盖范围广、质量一致,具有对无云条件下大范围、离岸海雾监测的优势。本文通过分析算法检测出的1989-2008年黄渤海海雾及云的频数、分布百分率信息,得到了黄渤海海雾季节变化的较全面特征。除印证其他资料或研究的结论外,还发现:(1)黄海海雾频数随季节变化的幅度较渤海明显;(2)黄海、渤海海域存在冬季海雾多发时段;(3)海雾生消过程中有覆盖区变化的东传特征;(4)春夏雾季中存在黄海中部和西朝鲜湾两处海雾多发区,其中西朝鲜湾也是全年海雾最多的海域。另外,在样本充足的情况下,通过对检测出的低云、中高云覆盖百分率和海雾频数的分析统计,还能估算出黄海、渤海部分季节20年海雾发生的平均概率。     

Summer Arctic sea fog

I~IOXSea fog is a kind of dangerous weather. Chinese sea fog experts, Wang Binhua (1983),Hu Ruijin and Zhou Faxiu (1998) and Hu Jifu et al. (1996) studied sea fog rather Systematically. FOreign Experts also Paid great attention to sea fog. Ernlnons and Montgomery(1974), chipper (1994) and Rayrnond et al. (1989) have studied sea fog thorOUghly.HOwever, studies on Arctic sea ice have rarely been carried Out becauSe of the sever environment and less htnnan activity in the region. There …     

北冰洋夏季的海雾

以中国首次北极科学考察采用国内外海冰、大气和海洋的先进观测设备,获得海、陆、空的同步或准同步观测资料为基础,重点研究北冰洋的海雾.发现在北冰洋大范围被海冰覆盖或冰水相间的洋面上,能够形成平流雾、辐射雾和蒸汽雾.每种海雾的特点和形成的物理机制不同.在北冰洋的南部,由于暖湿气流充分,易形成持续时间长、浓度大的平流雾;在冰盖和大浮冰块上,由于冰雪面的强辐射冷却,容易形成稳定的辐射雾;在浮冰区能够形成像开锅的蒸汽一样的蒸汽雾.指出在北冰洋形成多种海雾原因是海冰的分布及独特的物理特性造成下垫面性质的复杂化,产生的海气相互作用复杂化的结果,特别是冰雪面的反照率高,不能吸收极昼期充足的太阳辐射.冰又是热的不良导体,成为海气热交换的屏障,在浮冰区由于冰屏障的破碎,海气交换活跃.海洋以潜热的形式向大气输送热量,以蒸汽雾的形式反映出海气热交换的程度和对气候影响的一种表现形式.提出在蒸汽雾发生的过程中,海洋以感热的形式向大气输送热量.     

基于遥感数据的近40 a弗雷姆海峡海冰输出研究

北极海冰作为一个巨大的淡水资源库, 每年向全球输送大量淡水资源, 从北极输出的海冰在向南输送的过程中融化, 对海洋水循环与水环境产生影响, 进而影响全球气候变化, 弗雷姆海峡作为北极海冰输出的主要通道, 对其研究显得尤为重要。为了解弗雷姆海峡海冰长期输出量, 利用美国冰雪数据中心（NSIDC）发布的海冰密集度、海冰厚度与海冰漂移速度数据, 计算得到 1979 年至 2019 年弗雷姆海峡海冰输出面积通量与 2010 至 2019 年弗雷姆海峡海冰输出体积通量, 并在此基础上分析弗雷姆海峡近 40 a 海冰输出量的变化状况以及弗雷姆海峡海冰输出的年际变化、季节变化, 并分析了影响弗雷姆海峡海冰输出量的可能原因。结果表明: 近 40 a 弗雷姆海峡年均海冰输出面积通量为 7.83×10⁵ km²,近 10 a 弗雷姆海峡海冰年均输出体积通量为 1.34×10⁶ km³, 从长期来看, 弗雷姆海峡海冰输出面积通量呈略微增加趋势, 弗雷姆海峡海冰输出体积通量在 2010—20...     

中国海洋卫星遥感技术进展

新中国成立70年来,中国在海洋卫星遥感技术领域取得了丰硕成果。中国制定了长远的自主海洋卫星发展规划,构建了海洋水色、海洋动力环境和海洋监视监测三大系列的海洋卫星,逐步形成了以中国自主卫星为主导的海洋空间监测网,在中国海洋资源与环境监测、海洋防灾减灾、海洋安全管理等方面发挥了重要作用。本文回顾了中国在海洋水色、海洋微波(海洋动力环境)卫星遥感技术的发展历程,重点介绍了中国在海洋卫星遥感技术领域所取得的新成果,并对中国海洋卫星遥感技术的未来发展进行了展望。     

An operational satellite remote sensing system for ocean fishery

Ocean environmental information is very important to supporting the fishermen in fishing and satellite remote sensing technology can provide it in large scale and in near real-time. Ocean fishery locations are always far away beyond the coverage of the satellite data received by a land-based satellite receiving station. A nice idea is to install the satellite ground station on a fishing boat. When the boat moves to a fishery location, the station can receive the satellite data to cover the fishery areas. One satellite remote sensing system was once installed in a fishing boat and served fishing in the North Pacific fishery areas when the boat stayed there. The system can provide some oceanic environmental charts such as sea surface temperature (SST) and relevant derived products which are in most popular use in fishery industry. The accuracy of SST is the most important and affects the performance of the operational system, which is found to be dissatisfactory. Many factors affect the accuracy of SST and it is difficult to increase the accuracy by SST retrieval algorithms and clouds detection technology. A new technology of temperature error control is developed to detect the abnormity of satellite-measured SST. The performance of the technology is evaluated to change the temperature bias from-3.04 to 0.05 ℃ and the root mean square (RMS) from 5.71 to 1.75 ℃. It is suitable for employing in an operational satellite-measured SST system and improves the performance of the system in fishery applications. The system has been running for 3 a and proved to be very useful in fishing. It can help to locate the candidates of the fishery areas and monitor the typhoon which is very dangerous to the safety of fishing boats.     

海域使用格局卫星遥感监测与评价——以葫芦岛试验区为例

研究了海域使用类型遥感监测的分类系统,探索建立了各类海域使用类型的卫星遥感监测方法。在此基础上,以葫芦岛试验区为例,对该验区海域使用格局进行了卫星遥感监测与评价。结果表明:卫星遥感技术结合地理信息系统技术与全球定位系统技术可以较好地对海域使用空间格局进行监测和评价。葫芦岛试验区海域使用类型以工矿业用海和渔业用海为主,工矿业用海以大斑块的集中用海为主要特征,而渔业用海则以小斑块的分散用海为主。在海域使用空间格局上,葫芦岛区块海域以工矿业用海为主,兴城区块海域以工矿业和渔业用海为主,绥中区块海域则是以渔业用海为主,葫芦岛试验区海域使用空间格局具有明显的空间分异特征。     

青岛海雾的自适应神经模糊推理系统建模

基于自适应神经模糊推理系统(ANFIS),通过对历史观测资料的训练和规则提取,建立了青岛海雾(能见度)与该站及其上游测站的风向、风速、湿度等要素的逻辑映射关系和模糊推理模型,进而能够较为客观、定量地描述和诊断青岛海雾的发生发展,对改进和提高青岛海雾预报有一定的参考应用意义。