基于新一代静止气象卫星的沙尘遥感监测

论文摘要

静止气象卫星的夜间沙尘判识,一直是沙尘遥感监测的一大难题。FY-2、MTSAT-2等前一代静止气象卫星,红外通道数量较少,难以监测夜间的沙尘。目前新一代静止气象卫星FY-4、Himawari-8已经发射,与前一代卫星MTSAT-2相比,新一代卫星的时间、空间分辨率有了明显提升,更为重要的是,红外通道的数量从4个增加到8个/10个,红外通道的大幅增加,给沙尘全天候判识带来了可能。本次研究希望充分利用FY-4、Himawari-8的红外数据,仅用红外通道实现沙尘的全天候判识。本文首先对沙尘监测的物理原理进行了分析,具体包括沙尘自身的辐射特性、卫星光谱通道设计对沙尘判识的影响等,然后通过MODTRAN辐射传输模式进行了敏感性分析,模拟沙尘浓度和地表温度的变化对沙尘判识参数的影响。除了对沙尘的分析外,本文进一步结合卫星实测数据,比较了沙尘和云/晴空地表的光谱差异。根据这些分析得到的结论如下:卫星的光谱通道的设计会影响沙尘判识。如果卫星仪器的12μm通道过宽,覆盖水汽吸收较强的波长时,参数BT11-BT12会对沙尘不敏感。Himawari-8就有这样的问题,所以联合BT11-BT12和BT10-BT11共同进行沙尘判识,这两个参数在一定程度上可以互为补充。另外在分析光谱特征时,发现有一些云区和沙尘区的亮温差值比较接近。所以判识沙尘前,需要进行云滤除,以免将云区误判为沙尘区。对于新一代静止卫星来说,水汽通道的增加,对沙尘和云的区分更有优势。在上述原理分析的基础上,构建了一套沙尘全天候判识算法,在文中详述了算法的构建过程,包括判识参数的选择、白天和夜间的界定、沙尘判识阈值的确定等。最后选取了三次典型的沙尘事件,对本文方法得到的沙尘判识结果进行验证。对地基验证进行分析时发现,在夜间地面气象站数据较少,不足以验证卫星判识的结果,所以联合地面气象站和PM10共同构建了一套地基验证数据。之后进行了判识结果的比对和校验,首先结合一个沙尘案例,将本文结果与FY-2沙尘产品进行了对比,发现本文结果与地基校验数据更为匹配,判识精度更好。另外也结合三次典型事件,将本文结果和地基验证数据进行对比。结果发现无论在白天和夜间,卫星判识结果和地基观测数据都具有较好的一致性,这一方面说明了通过静止气象卫星实现全天候沙尘监测的可行性,另一方面也说明了算法具有一定的普适性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 引言
•   1.1 选题背景
•     1.1.1 沙尘暴简介
•     1.1.2 沙尘的监测方式
•     1.1.3 沙尘的遥感监测方式
•   1.2 国内外研究进展
•     1.2.1 沙尘遥感判识方法
•     1.2.2 静止气象卫星的沙尘业务监测方法
•     1.2.3 沙尘监测的难点
•   1.3 主要研究内容
•   1.4 论文结构
• 第二章 沙尘监测物理原理
•   2.1 新一代静止气象卫星数据介绍与分析
•     2.1.1 Himawari-8和FY-4简介
•     2.1.2 Himawari-8/FY-4相比MTSAT-2的优势
•   2.2 沙尘物理性质分析
•     2.2.1 沙尘辐射特性分析
•     2.2.2 卫星光谱通道设置对沙尘判识的影响
•       2.2.2.1 Himawari-8 光谱响应分析
•       2.2.2.2 FY-4 光谱响应分析
•     2.2.3 沙尘的敏感性分析
•       2.2.3.1 地表亮温日变化规律分析
•       2.2.3.2 地表亮温和沙尘浓度变化对亮温差值的影响
•   2.3 沙尘与其它地物的红外光谱对比
•     2.3.1 沙尘光谱特征
•     2.3.2 云区光谱特征
•     2.3.3 晴空地表光谱特征
•   2.4 本章小结
• 第三章 全天候沙尘遥感判识算法
•   3.1 确定判识参数
•     3.1.1 云滤除参数
•     3.1.2 沙尘判识参数
•   3.2 界定白天和夜间
•   3.3 设置沙尘判识阈值
•     3.3.1 主要沙尘判识参数日变化规律分析
•     3.3.2 沙尘判识参数的阈值设定
•   3.4 本章小结
• 第四章 沙尘判识结果分析与精度验证
•   4.1 地基验证数据的分析与建立
•   4.2 沙尘判识结果分析
•     4.2.1 2016年3月5日沙尘事件分析
•     4.2.2 其它两次沙尘事件分析
•   4.3 精度验证
•   4.4 本章小结
• 第五章 结论与展望
•   5.1 论文主要结论
•   5.2 创新点
•   5.3 讨论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 个人简介

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 王威

导师: 胡秀清

关键词: 沙尘暴,全天候,红外,静止卫星

来源: 中国气象科学研究院

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 气象学

单位: 中国气象科学研究院

分类号: P407

总页数: 69

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