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FY-3A卫星对大雾的识别

郭好奇同学

发布于 2021-11-29 08:00:42

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FY-3A卫星对大雾的识别

FOG IDENTIFICATION BY 航空气象创新应用联合实验室

风云系列气象卫星是我国自主研发的一类对地观测卫星，主要面向以大气为主的地球观测需求。从1970年开启气象卫星研制任务至今，风云气象卫星已经跨越50年的发展，实现了我国气象卫星事业从无到有、从小到大、从弱到强的跨越。截止目前，我国已经成功发射17颗风云系列气象卫星，7颗在轨运行，FY-3A卫星就是其中的一颗。

FY-3A卫星

FY-3A卫星是我国自行研发的第二代极轨气象卫星,其轨道高度831km，轨道倾角98.81°,白天自北向南绕地球运行。卫星绕地球一周大约需要102min,降交点地方时约为10时05分,回归周期约5d。星上搭载有多种先进的探测仪器,具有全球、全天候、多光谱、三维和定量遥感监测能力。

作为星上搭载的传感器之一,可见光红外扫描辐射计(VIRR)拥有10个光谱波段,星下点分辨率1.1km,光谱范围0.43～12.5μm。它的主要用途有监测全球云量,判识云的高度、类型和相态,探测海洋表面温度,监测植被生长状况和类型,监测高温火点,识别地表积雪覆盖,探测海洋水色等。

FY-3A一级业务产品（部分）
仪器	VIRR	MERSⅠ
产品名称	可见光通道反射率和红外通道辐射率	可见光通道反射率和红外通道辐射率
空间分辨率	1.1km	0.25-1.0km
覆盖范围	每条轨道（102min）按5min数据分块（白天和晚上）	同VIRR（仅白天）

雾的光谱特性

雾滴一般比云滴要小得多,雾滴的半径范围大致在几微米到十几微米之间,这些微滴的存在显著地影响了雾的光学特性及大气能见度,引起雾和云辐射特性的差异。这些差异在卫星图像上会有相应的表现,为利用卫星遥感技术监测大雾提供了依据。一般来说,在可见光波段,雾的反射率要小于中、高云类,与层云特别是低层云相当,但明显高于植被、土壤、水体等下垫面背景(雪盖除外)。在热红外波段(10～12.5μm),由于雾比中高云更接近地面,因此雾的亮温一般比中高云要高,与下垫面温度非常接近,但又低于下垫面。而云区由于具有较高的高度,亮温明显低于地表。热红外波段对于低云和薄雾不敏感,但在中红外波段(3.7μm处)上有较好的反映。雾在3.7μm处的反射辐射要比有着更大云粒子的水云或冰相云要大,故可采用中红外和热红外波段组合的方法,即根据两波段的亮温差进行雾的监测。因此,根据FY-3A/VIRR资料的特点,选择可见光1波段(0.58～0.68μm)、中红外3波段(3.55～3.93μm)和热红外4波段(10.3～11.3μm)资料,采用简单而有效的多波段阈值判别法,便可较好的分离出雾区。

可见光红外扫描辐射计(VIRR)光谱特征

卫星遥感图像判识雾

在可见光图像上,雾区一般比其它云类显得暗,且亮度变化不明显,雾顶光滑,纹理较均匀,边缘也较清晰光滑(山区除外),跟地形的高低匹配吻合得很好。而中、高云类则较明亮,亮度变化幅度大,纹理散乱,边界不规则。低层云与雾在可见光波段具有相类似的纹理特征,但在红外云图上却存在不同之处,雾顶温度常比云顶温度略高,更趋近于周围环境。因此在红外云图上,雾区与其邻近的地面几乎没有明显的热力差异,两者在图像上颜色反映非常接近,而低层云则相对明显一些。除了单波段判识以外,也可以利用彩色合成的方法加强对雾的识别。将RGB通道分别赋予可见光1波段、中红外3波段和热红外4波段,合成假彩色图像,经目视解译,由于下垫面在可见光和中红外上的辐射很小,而它的长波辐射很大,因此呈现蓝色。中高云区的可见光反射率最高,亮温最小,中红外辐射也较小,因此呈现红色。雾区在中红外波段辐射很大,在可见光和长波红外都有一定的辐射,因此雾区以淡黄绿色、淡绿色为主,且雾区边缘较光滑,而低云边缘较模糊。