利用分裂窗算法提取晴空导风示踪物的数值模拟与应用

气象卫星热红外通道能够探测到晴空区域内由大气水汽、沙尘气溶胶等物质含量分布不均所导致的微弱的纹理信息,通过追踪水汽和沙尘气溶胶纹理的移动可以反演出风场。然而这些信号很容易受地表温度变化的影响,需使用合适的算法来减弱地表温度干扰、提取微弱的示踪物信号。本文结合分裂窗差值理论,对使用分裂窗差值算法提取晴空区微弱示踪物信号进行数值模拟分析,并应用于晴空区风场的实例反演。数值模拟图像的结果显示,分裂窗差值算法可以削弱地表对示踪物信号的影响,突出水汽和沙尘气溶胶的分布特征,验证了分裂窗差值法的可行性与优越性。实例分析也表明,使用分裂窗差值图能够反演出单通道云图难以得到的晴空区低层风场,且反演结果与NCEP风场资料比较一致。     

FY-2E红外通道“晴空区”水汽信息提取算法的改进与应用效果

提出了一种改进的FY-2E红外通道"晴空区"水汽信息提取算法——二次差分法,即在对红外分裂窗云掩图进行分裂窗差分的基础上再进行时间差分处理,或者先进行时间差分后再进行分裂窗差分处理。该方法能减弱晴空区地表温度变化对水汽信息提取的干扰,从而有助于获得水汽团的纹理及其移动信息。实验结果表明,应用该方法可以更加有效地追踪红外通道"晴空区"水汽微弱示踪信号的移动,获得传统云导风方法所无法得到的晴空水汽含量高值区风场信息,且晴空风矢与NCEP(national centers for environmental prediction)再分析资料级低空风场有着很好的一致性。     

FY-2E红外通道晴空沙尘区时间差分法导风研究

利用大气红外辐射传输模式,结合FY-2E静止卫星红外窗区光谱响应函数,模拟计算了标准大气环境下0-5 km各高度层气溶胶消光系数增量为50%和30%两种情况下对FY-2E红外1通道亮温增量的贡献。定量分析了春季气溶胶消光系数对亮温增量的影响以及主要影响高度。结合FY-2E红外1通道灵敏度,提出了可用于红外通道晴空沙尘气溶胶微弱示踪信号移动追踪的"时间差分法"。理论模拟计算和实例分析表明,在一定条件下,"时间差分法"追踪红外通道晴空沙尘气溶胶微弱示踪信号的移动,可以获得传统云导风所无法得到的干旱半干旱沙尘爆发区的风场信息,且反演得到的风场与美国国家环境预报中心NCEP再分析资料850 hPa风场有着很好的一致性。     

NOAA/AVHRR的分裂窗算法在地表温度反演中的应用

以吉林西部为研究区域,建立以NOAA／AVHRR卫星资料进行地表温度反演的参数化模型。利用2000年7月5日的AVHRR资料,在4种常见地表温度反演分裂窗算法的对比分析基础上,选用Coil和Caselles提出的分裂窗算法,获得研究区地表温度,为地表蒸发量遥感计算提供必要的地球物理参数。     

可见光波段灰度熵和热红外亮温差的沙尘遥感判识

沙尘作为对流层气溶胶的主要成分,对气候系统有许多影响;同时,作为环境污染物,对人类健康危害也很大。沙尘天气一般在春季爆发,对中国北方大部分区域的生产和生活有较大影响。以往针对沙尘遥感监测人们开展了许多研究,取得了一定的效果。但对于一些云和沙尘混合的复杂状况,传统方法识别效果较差,几乎不能有效识别出沙尘。采用葵花8号(Himawari-8)卫星数据,提出一种针对性的识别方法。引入了0.46μm和0.51μm反射率差值RDI,统计发现该指数在一定范围内可以表现出沙尘连续性特征,并有效地将中高云和大部分地表与沙尘区分开来。碎积云的RDI值分布与沙尘的较为相似,为此进一步引入了灰度熵方法来滤除。例举了3次沙尘过程的判识结果,并结合地面观测数据进行了验证。其中对2017年5月4日沙尘的地面验证表明,位于云沙混合区的27个站中有22个站的地面观测与判识相一致。对于一些复杂条件下的沙尘,该方法是对分裂窗亮温差的有效补充。     

基于梯度算子的高分三号SAR风场反演方法

鉴于高分三号（GF-3）合成孔径雷达（SAR）图像具有黑白相间条纹特征,提出一种基于梯度算子的风场反演方法。对SAR图像重新采样后,利用Sobel梯度算子求解海面风向值,接着使用扩展后的CMOD5散射模型推算出风速值。为了测试该方法,对GF-3 SAR图像进行风场反演实验,并使用欧洲中尺度天气预报中心（ECMWF）再分析风场数据和美国国家浮标中心（NDBC）浮标风矢量数据对反演得到的SAR风场质量进行评估。实验结果表明：GF-3 SAR风场相比于ECMWF再分析风场,风速、风向均方根误差分别为1.79 m/s和11.95°;相比于NDBC浮标数据,风速、风向绝对偏差分别为0.24 m/s和9.03°。因此,本文方法能有效地从GF-3 SAR图像中反演出较高精度的风场,研究结果可为GF-3 SAR风场反演技术提供参考。     

利用NOAA卫星资料估算陆地沙尘量的方法

提出一种利用NOAA卫星可见光通道估算北方干旱陆地上空沙尘含量的方法。该方法考虑到在短时间内某一固定区域的地面反射率变化较小,因此可以利用沙尘暴发生和晴空2个不同时刻卫星测量到的这一像素区的辐射值来消除地面反射率的影响,估算陆地上空沙尘暴的光学厚度。在2002年4月6日左右沙尘暴发生期间,利用该方法计算的沙尘光学厚度与载沙量的结果和同步观测的TSP值与地面气象数据在趋势与分布上是一致的。     

2001年春季沙尘天气分析

给出卫星遥感监测2001年春季我国北方沙尘过程的图像特征和产生沙尘天气系统云图的类型,初步分析了2001年多沙尘天气的气候原因.     

2001年夏季沙尘天气分析

给出卫星遥感监测2001年春季我国北方沙尘过程的图像特征和产生沙尘天气系统云图的类型，初步分析了2001年多沙尘天气的气候原因。     

2021年中国北部特大沙尘天气的遥感监测与路径分析

2021年3月中旬，中国北部地区遭遇了近十年来最强的一次沙尘天气。本文利用多源卫星和PM10浓度数据对此次沙尘天气过程进行了水平、垂直方向动态监测，并通过HYSPLIT模式前向、后向轨迹的聚类分析了沙尘的来源及传输路径，结果表明：(1) 2021年3月14日至18日，中国20个省市和渤黄海近岸海域均受到沙尘影响，其中西北、华北、东北地区部分省市出现沙尘暴，华中、华东部分省市和渤黄海近岸海域受轻度沙尘天气影响。(2) 14日至15日的沙尘主要源自蒙古国中部，16日至18日的沙尘则更多来自中国内蒙古中西部和新疆维吾尔自治区中部。沙尘传输路径可以分为西北路、北路、西路3支。(3)沙尘的输送高度主要为对流层低层1—3 km与对流层中高层3—10 km，高于“三北防护林”等生态环境工程的风沙拦截高度。多源卫星产品和数值模式相结合，为中国沙尘天气的预报预警以及沙尘污染的区域联防联控提供了科学参考。     

亚洲沙尘暴的遥感监测方法研究 --以中国-日本合作研究区为例

介绍了亚洲沙尘暴遥感监测的一些新方法,并对监测结果与数据进行了综合分析,这些结果能够为GCM全球尺度沙尘模型提供参数和验证数据。本次研究结果为亚洲沙尘暴的中长期预测/预警系统提供了新的遥感技术方法。     

中国北方沙尘灾害特点及其下垫面状况的遥感监测

2000年春季,中国北方地区多次受到沙尘灾害的影响,对生产、生活活动造成了多方面的不利影响。采用遥感和GIS技术进行沙尘灾害的过程监测、空间特点分析和下垫面状况分析是一个有效的技术方法,通过对沙尘灾害发生、发展的环境条件的了解,可以减轻沙尘天气的危害、防治等一系列决策措施的制定、实施提供客观、及时的空间信息,有助于制定和实施区域生态环境保护措施,以便减少沙尘天气的次数和减轻灾害性天气的危害程度。     

中国北方沙尘灾害特点及其下垫面状况的遥感监测

2000年春季,中国北方地区多次受到沙尘灾害的影响,对生产、生活活动造成了多方面的不利影响。采用遥感和GIS技术进行沙尘灾害的过程监测、空间特点分析和下垫面状况分析是一个有效的技术方法,通过对沙尘灾害发生、发展的环境条件的了解,可以减轻沙尘天气的危害、防治等一系列决策措施的制定、实施提供客观、及时的空间信息,有助于制定和实施区域生态环境保护措施,以便减少沙尘天气的次数和减轻灾害性天气的危害程度。     

利用热红外温差识别沙尘

沙尘识别是沙尘灾害监测和沙尘气溶胶特性研究的首要工作。利用辐射传输方程进行了沙尘气溶胶的辐射计算 ,对不同沙尘气溶胶光学厚度下的热红外通道温差ΔT(T11μm-T12 μm)的变化进行了分析。理论分析表明 ,利用热红外通道的温度差ΔT进行陆地沙尘识别是可行的。并利用NOAA AVHRR热红外通道的温度差ΔT进行了陆地沙尘识别的实验 ,经与地面气象站实测的沙尘天气现象相比较 ,结果一致。     

沙尘源区AVHRR反照率时序变化与TSP的对比分析

以 2 0 0 1年 3月到 5月的几次沙尘天气为例 ,介绍基于地表覆盖的AVHRR反照率的反演结果 ,并与TSP(沙尘干量 )和Si(硅 )进行对比分析 ,发现它们具有较好的相关性 ,从而揭示了沙尘暴发生前后地表能量的变化状况 ,为预测预警沙尘天气的危害提供及时客观的空间信息     

基于MODIS数据定量判识沙尘暴方法的对比研究

利用MODIS数据,结合具体实例,对比研究当前几种利用光谱特征定量判识沙尘暴的方法。从理论上剖析各方法的原理,分析其优劣,并提出一套新的算法的组合方式。研究结果表明,新的组合算法有不小的改进：①大大降低了单一算法在不同时间或地区图像中阈值取值不稳定的影响,减少了图像噪声造成的误判,增强了其通用性和稳定性;②明显减弱了太阳光、地表温度等条件的影响,准确排除沙漠对于判识的干扰;③简单实用,适合业务应用。     

2000年华北沙尘天气遥感研究

利用最新的气象卫星数据分析影响华北的沙尘天气从产生到消失的动力过程,确定了沙尘天气发生的范围和移动方向。并利用TM、NOAA、FY－1影像,时间跨度为30年的沙尘暴空间分布数据,1951－1994年华北地区的气象站点数据,土壤质地和土地利用数据,对沙尘天气发生的下垫面因素与沙尘天气发生的空间分布关系进行了分析,指出植被指数、土壤质地、土壤含水量和地形对沙尘天气发生的影响方式,并对沙尘天气发生区域的土壤侵蚀状况进行了分析,探讨了影响华北地区沙尘天气的供沙区分布状况和不同路径沙尘暴的源地分布,结果表明下垫面因素对于沙尘天气的产生有着非常重要的作用。     

利用太阳-天空辐射计遥感观测反演北京冬季灰霾气溶胶成分含量

根据气溶胶成分的光学特性,气溶胶可简化为五种成分组成：一类是吸收性的成分,包括黑碳(BC)、吸收性有机碳(BrC)、沙尘(DU);另一类是散射性成分硫酸铵(AS);还有一类是气溶胶中的重要成分——水分(AW)。本文基于太阳-太空辐射计获取的气溶胶微物理特性资料,对北京2013年1月灰霾过程气溶胶中这五种成分的含量进行了定量反演研究。结果表明,灰霾天气下气溶胶中BC,BrC,DU,AS和AW的体积比例为2%,9%,30%,33%和26%,而清洁天气分别为3%,3%,15%,71%和8%。对于质量浓度,灰霾天气下BC,BrC,DU,AS和AW分别是7,35,166,131和73 mg/m2;而清洁天气下分别为4,4,29,78和6 mg/m2,两者的成分比例有显著差别。反演的黑碳质量浓度,以及细粒子的质量浓度分别与黑碳仪的观测和环保部公布的PM2.5的质量浓度具有很好的一致性,相关系数（R2）分别为0.45和0.85。     

基于地理国情数据的PM_(2.5)因子多元回归分析

针对对PM2.5和与其相关的测绘成果进行的相关分析和回归模型分析相对不足的问题,该文以河北省石家庄市为研究对象,在相关因素分析的基础上,运用多元线性回归分析与多元非线性回归分析两种方法对石家庄市PM2.5浓度与扬尘地表、工业企业分布、地表覆盖以及道路等地理国情数据进行回归建模,并进行对比分析,根据判定系数R2得到最优建模方法及PM2.5重要影响因素及其影响关系。结果表明,该实验中多元非线性回归分析能获得较好的拟合效果,由模型可以看出扬尘地表、未利用地、人造覆盖面积与PM2.5呈正相关,是影响PM2.5的重要因素。该研究结果对于认识空气中PM2.5的来源与分布特征具有重要的参考价值。