极轨气象卫星遥感白天和夜间海雾的检测方法

摘要

本发明涉及一种极轨气象卫星遥感白天和夜间海雾的检测方法。利用极轨卫星资料，读入其原始数据文件，通过分析海雾和低云在光谱特征上的差异，综合应用多通道光谱资料、NDVI指数、NDSI指数、30年月平均SST，采用三级判识方法先后滤出中高云、晴空水体、太阳耀斑水体、云阴影区、海冰雪盖、非暖性低云、暖性碎低云、云边缘，而得到海雾分布区，生成包括海雾检测结果的文件，即可用GRADS绘图软件，在微机上进行图像显示。本发明将海雾和低云分离，从而实现了海雾的实时监测。为海面上空飞行安全、海上交通运输、海港和沿海空港作业提供了实时监测的有效气象资料。

主权项

一种极轨气象卫星遥感白天和夜间海雾的检测方法，其特征在于步骤1是通过极轨卫星数字可视广播系统，获取并读入NOAA16、17、18卫星的1A文件，或者FY1D卫星的1B文件；1A文件中的光谱资料包括NOAA系列极轨气象卫星上6个可见光红外通道，1B文件中的光谱资料包括FY‑1D上的4个可见光通道、1个短红外通道、2个近红外通道、1个中波红外通道和2个长波红外通道；星下点的分辨率为1.1km；步骤2是从上述NOAA或者FY1D卫星的数据集文件的头文件中读入太阳天顶角、太阳方位角、卫星天顶角、卫星方位角、地理定位数据、定标数据参数，对1B文件利用常规方法进行数据预处理和质量控制，包括去除条纹、数据定标和定位，经预处理和质量控制后的文件为HDF，再对HDF文件用通用的方法进行等经纬度投影变换，生成局地投影数据集文件LDF，其中LDF文件中包含了太阳天顶角、卫星天顶角和太阳卫星相对方位角信息和各通道的光谱资料信息；步骤3是一级判识，将目标物初步区分为：包括海雾和低云、含海冰雪盖信息的中高云、耀斑水体、晴空水体、云阴影；通过投影文件中的太阳和卫星间的相对角度计算耀斑表数据，同时读入海陆模板数据和30年月平均海表面温度数据SST，用海陆模板数据将大陆与海洋分开；用耀斑查算表数据将耀斑水体剔除；用长波红外亮温及可见光、近红外反照率以及中波红外亮温特征阈值的方法将含海雾和低云的云、含海冰、雪盖信息的中高云、云阴影区分；又利用归一化植被指数NDVI大于‑0.05的像元条件，初步滤除包括藻类信息的晴空水体，上述像元为卫星传感器对地面景物进行扫描采样的最小单元，完成了一级判识；步骤4是对步骤3中包含海雾和低云的云、含海冰雪盖信息的中高云进行二级判识，即将中高云、海冰、雪盖以及部分晴空水体的混合像元剔除，保留海雾和低云区；具体方法是：根据海雾和晴空水体、海冰、中高云的辐射特性，检测符合可见光反照率在0.12～0.15之间、归一化雪指数NDSI在‑0.1～0.1之间、光谱1.6μm通道的反照率大于0.15、10.3μm通道的亮温大于270K的像元，归一化植被指数NDVI大于‑0.05的像元条件，判识为含低云的海雾；不满足则为含海冰、雪盖信息的中高云和晴空水体与海冰的混合像元；初步检测出含低云的海雾像元标记为Fog1，上述步骤3和步骤4中得到的晴空水体像元均标记为CS，完成二级判识；步骤5是对于二级判识中含低云的海雾进行三级判识，即将海雾与低云分离：首先将与海表温度相比明显偏低的非暖性低云分离，得到的雾区标记为Fog2，考虑到Fog2还可能包含暖性碎低云，为了将暖性碎低云从雾区中剔除，对于标记为Fog2的像元再用区域增长方法，进行空间拓展，将暖性碎低云从雾区中剔除，得到的海雾检测数据标记为Fog3；然后将夹在海雾区中的云边缘滤除，再进一步将以上得到的海雾检测数据用纹理条件分析，方法是：取N×N矩阵，N≥11，如果矩阵中60‑70％的像元都标记Fog3，则判识为海雾；如果矩阵中只有30‑40％的像元标记为Fog3，则判识为云边缘；这样就确定了低云区、海雾区、中高云区和晴空区；最后将检测为低云区、海雾区、中高云区和晴空区的结果按像元输出为二进制的海雾检测结果文件，用GRADS绘图软件编程绘图，以图像形式输出，海雾区、低云区、中高云区和晴空区分别用不同颜色显示。