[发明专利]一种基于静止气象卫星数据的火山灰云检测方法及系统

说明书

本发明实施例提供一种基于静止气象卫星数据的火山灰云检测方法及系统，包括：根据卫星获取的红外波段的实际辐射亮度、红外大气快速传输模式计算的晴空时辐射亮度和有云时辐射亮度，逐像元计算有效云发射率；根据有效云发射率，获取有效吸收光学厚度比率；根据有效吸收光学厚度比率，构建基于搭载于Himawari‑8或Himawari‑9卫星上的AHI传感器数据的β_obs‑特征空间，获取二维散点图；通过对比同时次的卫星多通道增强图像，建立火山灰云区域有效吸收光学厚度比率的边界值和阈值系统，利用该阈值系统在卫星影像中提取火山灰云的范围。本发明建立了适用于亚太地区的火山灰云检测方法，与传统分裂窗亮温差方法相比，显著提高火山灰云边界检测精度、减少范围上的误判。

技术领域

本发明涉及火山灰云检测技术领域，尤其涉及一种基于静止气象卫星数据的火山灰云检测方法及系统。

背景技术

大规模爆炸性的火山喷发形成的火山灰云能够长期驻留在平流层中,给航空安全带来很大威胁。易引发航空安全事故。大规模的火山灰云会阻挡太阳辐射，从而对全球气候和环境产生深远影响。气象卫星数据具有较高的时间分辨率和丰富的光谱波段，有利于动态监测火山灰云的空间分布和漂移路径。

传统的分裂窗亮温差火山灰云检测方法(Split Window TemperatureDifference method,简称SWTD)已经在国际上被广泛应用了很长时间。该方法主要利用火山灰云在热红外波段的吸收特征，10-13pm的大气窗口内两个相邻通道的亮温差是负值，而对于气象上的云则为正值。通过对比火山灰云的亮度温度与火山爆发之前的亮度温度差来监测出火山灰云的分布和扩散变化特征。在亮温差图像中可以得到火山灰云的主体部分。但是当以亮温差数值小于0作为约束条件对火山灰云进行提取时，并不能理想的检测出火山灰云，阈值的设置不能用一个统一的值对火山灰云进行检测，需要大量的实验确定最优值。此外，在复杂气象条件下，气象云的辐射特性在红外分裂窗通道有时表现出和火山灰云一样的特性，从而不可避免的带来了大量的误判。

假彩色合成法被使用在火山灰云预警网站上，通过不同方式的彩色合成，能够凸显出特定的物质信息，增强图像的可识别性。如标准假彩色合成即将近红外波段对应红色，红光波段对应于绿色，绿光波段对应于蓝色得到假彩色合成图像。从假彩色合成图像上，可以看出一些火山灰云的分布区域和扩散路径，这种彩色合成方法是一种很简便而且很美观的凸显火山灰云信息的图像，但不能用来提取出火山灰云的具体范围。

气象卫星数据具有免费获取、空间覆盖广等优点,特别是静止气象卫星，时间分辨率高。为定量研究火山、大气相互作用提供了有利工具。Michael Pavolonis(2013)基于GOES-R卫星搭载的ABI传感器(Advanced Baseline Imager，简称ABI)，构建了基于β_theo-特征空间的火山灰云检测方法，β_theo-特征空间对于火山灰云组成成分的微物理特性的敏感度更高，可以用于检测火山灰云。但该方法中，GOES-R气象卫星主要应用于西半球，无法应用于亚太地区的火山灰云检测。同时，GOES-R火山灰云检测的阈值通过组合的辐射传输理论和统计模型，根据火山灰云的粒子特性模拟得出，是固定值。由于其他卫星搭载的传感器光谱响应特性不同，观测的大气条件和下垫面特性也不同，因此该方法在移植使用时会出现误判，精度有待进一步提高。

现有技术中的三种方法都无法给出针对于亚太地区的高精度的火山灰云范围。因此，亟需能得出针对于亚太地区的高精度火山灰云范围的检测方法。

发明内容

本发明实施例提供一种基于静止气象卫星数据的火山灰云检测方法及系统，用以解决现有技术中对亚太地区的火山灰云检测精度不高的问题。

第一方面，本发明实施例提供一种基于静止气象卫星数据的火山灰云检测方法，包括：