[发明专利]一种利用地基红外测云仪间接测量大气可降水量的方法

权利要求书

1.一种利用地基红外测云仪间接测量大气可降水量的方法，其特征是包括以下步骤：

(1)建立天顶红外亮温、近地面环境温度以及大气可降水量PWV的统计回归模型并利用最小二乘法对模型求解，得到各因子的回归系数；

天顶红外亮温、近地面环境温度以及PWV的统计回归模型为Y＝a₀+a₁×PWV+a₂×T；其中，Y为天顶红外亮温，a₀、a₁和a₂为待拟合的系数；各系数求解后，得到PWV＝(Y-a₀-a₂×T)/a₁；T为近地面环境温度；

进行天顶红外亮温、近地面环境温度以及PWV的统计回归模型求解的数据收集时间范围不少于1年，同时进行数据匹配：数据匹配的时间点为对应的探空时次，数据包括地基红外测云仪获得的天顶大气向下红外辐射值数据和近地面环境温度数据、探空数据和人工地面气象观测数据；将探空数据积分计算得出PWV，将大气向下红外辐射值转换为天空亮温值；然后，基于探空数据和人工观测数据挑选出天顶无云的天顶红外亮温数据，并建立数据集；这里的天顶指的是天顶角10°以内的区域；

(2)利用地基红外测云仪的测量数据判断天顶无云区域并获得该区亮温值；进行天空亮温随天顶角的分布情况分析和天顶区域红外辐射图像的纹理分析，并进行综合判断；

其中，天空亮温随天顶角的分布情况分析的做法是：统计天空亮温随天顶角的分布情况；由于有云情况下天空亮温随天顶角的分布与晴空条件下天空亮温随天顶角的分布具有明显的差异，该步骤主要用于得到天空有云无云情况，并标记云点；

其中，天顶区域红外辐射图像的纹理分析的方法是：将红外辐射图像以5×5的小区间进行纹理分析，采用局部二值模式(LBP算法)算法进行纹理特征提取，并进行采用图像分割的方法标记云点；

其中，无云区综合判断的方法是。将上述步骤分别标记的云点和非云点进行综合，若均判为非云点，则认为该点为无云，否则记为有云。若在10°天顶角以内存在无云区，则将无云区天空亮温经过天顶角修正后，取中间值作为晴空区的天空亮温并存储。否则认为天顶有云，存储天顶角0°对应的天空亮温并标记为云的亮温。

(3)将地基红外测云仪获取的天顶无云区天顶红外亮温、近地面环境温度代入PWV的统计回归模型，估算PWV并进行自适应调整，具体方式是：

若存在天顶无云区天顶红外亮温，则根据公式PWV＝(Y-a₀-a₂×T)/a₁得到PWV的初猜值；若不存在，则按照传统的地面温湿度估算PWV作为初猜值；然后，将初猜PWV代入已事先建好的查找表中，得到辐射阈值，并利用该辐射阈值进行云检测，将该云检测结果与纹理云检测结果进行比较；若本步骤的云检测结果小于纹理云检测结果1成以上，则将PWV以0.1mm的步长向下调整，直至两者相差1成以内停止；否则，将PWV以0.1mm的步长向上调整，直至两者相差1成以内停止。将此时的PWV作为估算结果存储。

2.根据权利要求1所述的利用地基红外测云仪间接测量大气可降水量的方法，其特征是若天顶角为0°时无云，则取该点的亮温作为数据集，若该点有云，则在天顶角10°以内搜索无云区，并将其亮温经过天顶角修正后作为数据集。

3.根据权利要求1所述的利用地基红外测云仪间接测量大气可降水量的方法，其特征是利用地基红外测云仪的测量数据进行判断天顶无云区域时，采用了天空亮温随天顶角的分布和红外辐射图像的纹理分析综合判定：进行天顶无云综合判定时，若天空亮温随天顶角的分布和红外辐射图像的纹理分析中均判为非云点，则认为该点为无云，否则记为有云。

4.根据权利要求1所述的利用地基红外测云仪间接测量大气可降水量的方法，其特征是若存在天顶无云区天顶红外亮温，则根据公式PWV＝(Y-a0-a2×T)/a1得到PWV的初猜值；若不存在天顶无云区天顶红外亮温，则按照传统的地面温湿度估算PWV作为初猜值；然后，将初猜PWV代入已事先建好的查找表中，得到辐射阈值，并利用该辐射阈值进行云检测，将该云检测结果与纹理云检测结果进行比较；若本步骤的云检测结果小于纹理云检测结果1成以上，则将PWV以0.1mm的步长向下调整，直至两者相差1成以内停止；否则，将PWV以0.1mm的步长向上调整，直至两者相差1成以内停止。将此时的PWV作为估算结果存储。