[发明专利]静止气象卫星遥感白天和夜间海雾的检测方法

说明书

技术领域

本发明属于海洋环境监测技术，具体涉及一种静止气象卫星遥感白天和夜间海雾的检测方法。

背景技术

海雾(能见度小于1km)由于影响海面的能见度而对人类海上的各种活动都有影响，随着海上社会经济活动的日益增加，海雾越来越受到关注。由于海上观测资料稀少，卫星遥感已经成为海洋环境监测的一个重要手段。

1975年美国发射了第一颗地球静止环境卫星GOES后，美国、欧洲等开始研究卫星遥感海雾/层云检测技术。白天用可见光和红外通道，夜间只用红外通道进行检测。第一代和第二代GOES卫星只有一个10.7μm的红外窗区通道，难以将海雾或低云(以下“海雾或低云”简写为：海雾/低云)与周围晴空区分开。第三代GOES卫星增加了3.7μm红外通道，由于海雾/低云在这两个通道的亮温差(10.7μm-3.7μm)与晴空水体的亮温差不同，可以用这种双谱方祛，即10.7μm和3.7μm两个通道的亮温差，比较好地将海雾低云与其它云以及周围晴空区分开。但是仅用双谱方法还不能完全将中低云与海雾区分开。目前，在国内外各类卫星监测方法中均将海雾和低云作为同一目标物进行判识。但是，海雾对人类活动影响明显，而低云的影响要小得多，显然，将低云和海雾区分开对海雾的实时监测、雾区的动态跟踪以及海雾的短时预报是十分重要的。

发明内容

本发明的目的是提供一种气象卫星遥感白天和夜间海雾的检测方法，以弥补现有技术的不足。

本发明的集体方法：首先利用静止气象卫星数字可视广播系统(DVBS)接收处理的FY-2C、FY-2D静止气象卫星的原始数据文件(S-VISSR)，经对S-VISSR数据进行定标定位、资料订正、等经纬度投影等预处理，得到包含5个通道数据的投影后的GPF格式的文件。再利用GPF文件中的4个通道数据：2个长波红外窗区分裂窗通道(波长范围为11～12μm，简称分裂窗)、1个中红外通道(波长为3.7μm)和1个可见光通道(波长为0.67μm)，(其中波长为11μm和波长为3.7μm数据需要前后两个时次的资料)，根据海雾的运动学特征和光谱特征对海雾信息进行提取，检测海上雾区，即采用三级判识方法，先滤出移动性云边界、中高云云边界，再滤除晴空水体和部分低云，最后利用区域生长法确定海雾区域。

具体检测步骤的三级判识如下：

一级判识为读入前后两个时次的GPF文件，分别计算中红外通道3.7μm和长波红外通道11μm当前时次和前一时次的韦伯边界，判断3.7μm通道当前时次和前一时次韦伯边界是否重合，如果不重合则判识为移动性的云边界，如果重合则判识为海雾/低云边界和中高云边界进入二级判识；同时再判断当前时次的3.7μm通道韦伯边界是否能在11μm通道韦伯边界中发现，如果能够在11μm通道韦伯边界中找到，判识为11μm韦伯边界能分辨出来的中高云边界，如果不能够找到，则判识为海雾/低云边界和中高云边界进入二级判识。

二级判识为对一级判识中的得到的海雾/低云边界和中高云边界包围的区域进行海雾、云、晴空水体分离。首先利用读入的太阳天顶角数据SZA，判断被上述边界包围的海雾低云、中高云和晴空水体的像元处于白天还是夜晚，再计算被边界包围的像元的分裂窗亮温差绝对值ΔTBB＝|TBB(11μm-12μm)|(TBB为黑体亮度温度，简称亮温，下同；长波红外窗区分裂窗通道11～12μm，简称分裂窗，下同)，如果在夜晚ΔTBB＞0.2K，进入下一步处理，否则判识为夜间晴空和低云；如果在白天，将同时满足ΔTBB＞0.2K和可见光反照率Re＜0.16的像元进入下一步处理，否则分别判识为白天(部分)低云和白天晴空区；利用11μm通道亮温阈值，将中高云和非暖性低云滤除，得到像元雾1(以下简称雾1)。

考虑到上述判识的条件过于严格，部分海雾被滤除，所以对满足一级判识但不满足上述判识的数据，再用双谱法(3.7μm和11μm)进行补判识，找回部分被滤除过量的海雾，得到像元雾2(以下简称雾2)。方法是：首先用分裂窗判断边界两侧的像元，去掉晴空水体一侧，然后用3.7μm和11μm通道数据，进行纹理分析将顶部不均匀的云(包括中高云、部分低云)滤出，再判断像元在白天还是在夜晚，如果在夜晚，中红外通道和长波红外通道的亮温差满足-7K＜TBB(3.7μm-11μm)＜-1K，判识为雾2，否则判识为夜间低云；如果在白天，亮温差满足TBB(3.7μm-11μm)＞18K，则判识为雾2，否则判识为白天低云。以上完成了检测海雾的二级判识，得到了雾1和雾2进入三级判识进行处理。