[發明專利]一種有效的卷云監測方法

有效

• 申請號: 201410146828.8
• 申請日: 2014-05-07
• 公開（公告）號: CN103995302B
• 公開（公告）日: 2016-11-16
• 發明（設計）人: 不公告發明人
• 申請（專利權）人: 中國農業科學院農業資源與農業區劃研究所;毛克彪;天津大學
• 主分類號: G01W1/00
• 分類號: G01W1/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種利用對地觀測衛星NPP攜帶的VIIRS傳感器獲得的熱紅外信息和近紅外波段信息的方法獲取較高精度的卷云檢測方法，該方法克服傳統的卷云測試受海拔和大氣水汽影響的缺點，能夠提高檢測的精度和適用范圍、在不提高誤報的條件下檢測出更多的卷云，可以為氣象預報、農業災害檢測等遙感產品的獲取提供高質量的云掩碼產品。?

背景技術

在一天內，云能夠覆蓋地球表面約70%的空間，因此云量的多少和云覆蓋范圍變化對全球氣候變化、輻射收支平衡等具有重大的影響。而薄卷云相比于其它的云對入射太陽光具有更好透過性和對來自地表的長波輻射的強吸收特性，因而對地區的溫室效應貢獻極大。在當前的云檢測算法中，卷云的檢測以1.38?μm波段反射值進行測試為主[Ben-Dor,?1994:?A?precaution?regarding?cirrus?cloud?detection?from?airborne?imaging?spectrometer?data?using?the?1.38?μm?water?vapor?band.?Journal?of?Remote?Sensing,?Volμme?50,?346-350]，也有使用熱紅外的檢測方法和CO2薄卷云檢測方法[Smith,?W.?L.?and?C.?M.?R.?Platt,?1978:?Comparison?of?satellite-deduced?cloud?heights?with?indications?from?radiosonde?and?ground-based?laser?measurements.?Journal?of?Applied?Meteorology,Volμme?17?(12),?1796-1802]。但由于12?μm處的熱紅外受大氣水汽吸收影響較大，以及檢測閾值與傳感器的觀測角和11?μm通道亮溫相關性較大，因此閾值的確定較為復雜，從而在實際業務運行在難以提高檢測精度。CO2薄卷云檢測方法受地表海拔的影響較小，因此具有較好的卷云檢測效果。2011年10月28日發射的NPP衛星攜帶的VIIRS傳感器用于取代搭載在Terra和Aqua衛星上已超出服役年限的MODIS傳感器，VIIRS傳感器與MODIS傳感器較為相似，空間分辨率和數據信噪比均有提升，但VIIRS傳感器波段數沒有MODIS傳感器豐富，重要的是沒有可用于CO2薄卷云檢測的14?μm通道。而在海拔地區（比如青藏高原），由于地表反射的1.38?μm輻射不完全被大氣水汽吸收而進入到傳感器，最終導致使用某一閾值進行卷云檢測的時候出現大量的誤報。?

發明內容

本發明的目的在于提供一種從VIIRS數據獲取較高精度卷云掩碼的方法，以克服現VIIRS傳感器沒有可用的CO₂薄卷云檢測通道造成的高海拔地區卷云檢測誤報的缺陷，其主要發明在于根據卷云具有和地表不同溫度的特性，引入11?μm通道亮溫測試，較好的克服高海拔地區由于大氣水汽少造成的大量誤報或檢測失敗。本發明所使用的參數都可以從相應的遙感產品直接獲取，且實際使用中不受傳感器類型的限制，只需要1.38?μm通道和11?μm通道即可獲取高質量的卷云掩碼。?

為實現上述目的，本發明從VIIRS數據獲取高質量卷云掩碼的方法原理如下：?

卷云一般分布于高空，呈現不同形狀的冰晶狀，其亮溫一般較低，而晴空條件下的地表亮溫一般高于卷云的亮溫，因此可以對兩者的亮溫進行比較識別卷云。在有天空為卷云覆蓋的情況下，傳感器11?μm通道探測到的輻射量受卷云光學厚度的影響較大，即厚度不同的卷云，其對應BT11亮溫不同，BT11亮溫組成可用式（1）描述：

BT11?=?a*BT11_land+b*BT11_cir????????????????????（1）

式中，BT11為傳感器接受到的亮溫，BT11_land為地表亮溫，BT11_cir為卷云亮溫，故可知在，地表不為亮溫較低的冰雪覆蓋的時候，卷云的亮溫低于地表的亮溫。若衛星觀測圖像中有卷云存在，且下墊面地表不為冰雪覆蓋時，對應卷云的判識條件如式（2）