FY-3A卫星对大雾的识别

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

气象卫星在轨布局图

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。

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

VIRR1波段图像与彩色合成图像

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。

风云气象卫星全系列都可以对大雾的作出准确的监测，如风云四号卫星：

作为气象灾害监测预警的重要手段，风云气象卫星在其中的遥感监测服务起到了举足轻重的作用，精密的卫星观测是提高气象预报预测准确率和气象灾害监测预警时效的关键。再如2020年3月30日，四川凉山西昌森林火情的监测。

目前，风云气象卫星在天气预报、气候监测、自然灾害和环境监测、资源开发、科学研究等多个重要领域，以及气象海洋、农业、林业、水利、交通、航空和航天等行业得到了广泛应用。

【参考文献】

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