一種基于多源衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)的沙塵暴監(jiān)測方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及大氣環(huán)境監(jiān)測技術領域，特別是關于一種基于多遠衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)的沙 塵暴監(jiān)測方法。
【背景技術】
[0002] 沙塵暴是由特殊的地理環(huán)境和氣象條件所致的一種較為常見的自然現(xiàn)象，主要發(fā) 生在沙漠及其臨近的干旱與半干旱地區(qū)，北非、中東、中亞及南亞、東亞、北美、澳大利亞是 世界主要沙塵暴發(fā)生區(qū)，我國西部地區(qū)是中亞沙塵暴區(qū)的一部分，北部地區(qū)是東亞沙塵暴 區(qū)的一部分。沙塵暴的頻繁發(fā)生是環(huán)境惡化的重要標志之一，沙塵暴是一種氣象災害，也是 嚴重的生態(tài)環(huán)境問題。按照氣象學定義，沙塵天氣一般分為強沙塵暴、沙塵暴、揚沙和浮塵 等4個強度級別。
[0003] 先進的衛(wèi)星遙感平臺，是沙塵暴監(jiān)測的重要手段，地基觀測受時空條件限制，無法 形成全覆蓋、快速、同一標準的沙塵暴監(jiān)測。當前，具有多光譜波段數(shù)據(jù)獲取能力的衛(wèi)星平 臺有中國風云一號（FY-I)系列、中國風云二號（FY-2)系列、中國風云三號（FY-3)系列、美 國NOAA系列、美國EOS/MODIS系列、歐洲METOP系列等。這些衛(wèi)星平臺，為沙塵暴的監(jiān)測提 供豐富的數(shù)據(jù)資源，大多具備了適合沙塵暴監(jiān)測的光譜波段，可以實現(xiàn)沙塵暴信息的準確 識別和定量計算。
[0004] 目前，基于衛(wèi)星遙感的沙塵暴識別方法包括：紅外分裂窗差值算法，它較早的給出 沙塵定量識別的思路；利用3. 7 μπι中紅外波段對于沙塵特殊的反射輻射特性，結合多波段 數(shù)據(jù)的沙塵識別方法；基于衛(wèi)星影像增強的查找表方法等。以上方法可以部分解決沙塵識 別問題，但都具有明顯的局限性，缺乏真正的定量計算能力，不能很好的適應全方位的沙塵 監(jiān)測需求。

【發(fā)明內容】

[0005] 本發(fā)明正是考慮到現(xiàn)有技術中沙塵監(jiān)測方法的不足和缺陷，提出了面向全球覆 蓋、全天候、多尺度、多源數(shù)據(jù)的綜合沙塵遙感識別方法，適合全球范圍的一致性監(jiān)測，對于 強沙塵暴、一般沙塵過程和弱浮塵都有很好的適應性，可以應用于實時監(jiān)測。同時，根據(jù)沙 塵識別結果，給出了沙塵強度指數(shù)的計算方法，使沙塵的定量監(jiān)測成為可能。
[0006] 本發(fā)明實施例提供了一種基于衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)的沙塵暴監(jiān)測方法，包括，
[0007] 獲得衛(wèi)星探測的初始數(shù)據(jù)；
[0008] 計算初始數(shù)據(jù)中近紅外和可見光反照率的比值，并計算初始數(shù)據(jù)中紅外與熱紅外 亮溫的差值；
[0009] 對所述初始數(shù)據(jù)進行紅外分裂窗兩個波段的亮溫計算；
[0010] 若所述比值、差值和紅外分裂窗亮溫計算結果均在相應的區(qū)間內，則沙塵識別結 果為沙塵區(qū)。
[0011] 根據(jù)本發(fā)明實施例所述的一種基于衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)的沙塵暴監(jiān)測方法的一個進一 步的方面，在獲得衛(wèi)星監(jiān)測的初始數(shù)據(jù)之中還包括，對多源衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)進行重采樣和插 值處理，對重疊區(qū)域進行時空融合處理，使用太陽高度角余弦公式濾除太陽高度角大于 70°的多源遙感數(shù)據(jù)。
[0012] 根據(jù)本發(fā)明實施例所述的一種基于衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)的沙塵暴監(jiān)測方法的再一個進 一步的方面，在計算初始數(shù)據(jù)中近紅外和可見光反照率的比值，并計算初始數(shù)據(jù)中紅外與 熱紅外亮溫的差值之前還包括，使用熱紅外波段亮溫進行基本閾值判識，當熱紅外波段亮 溫大于閥值時為可能的沙塵區(qū)。
[0013] 根據(jù)本發(fā)明實施例所述的一種基于衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)的沙塵暴監(jiān)測方法的另一個進 一步的方面，在計算初始數(shù)據(jù)中近紅外和可見光反照率的比值，并計算初始數(shù)據(jù)中紅外與 熱紅外亮溫的差值中還包括：
[0014] 計算中紅外與熱紅外亮溫的差值：
[0015] DVmir= T 3.7_Tn；
[0016] 其中，Τ3.Α3.7μπι波段的亮度溫度，T11為Ilym波段的亮度溫度，當差值DV mi, 在第一區(qū)間內時，為可能的沙塵區(qū)；
[0017] 計算近紅外和可見光反照率的比值：
[0018] RVnir -R ι.θ/^ο. 85；
[0019] 其中Rh6為1. 6 μ m波段反照率，R。.85為0. 85 μ m波段反照率，當比值RV ni,在第二 區(qū)間時，為可能的沙塵區(qū)。
[0020] 根據(jù)本發(fā)明實施例所述的一種基于衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)的沙塵暴監(jiān)測方法的另一個進 一步的方面，所述第一區(qū)間還分為第一子區(qū)間和第二子區(qū)間，所述第二區(qū)間還分為第三子 區(qū)間和第四子區(qū)間。
[0021] 根據(jù)本發(fā)明實施例所述的一種基于衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)的沙塵暴監(jiān)測方法的另一個進 一步的方面，先計算中紅外與熱紅外亮溫的差值，再計算近紅外和可見光反照率的比值，當 所述差值屬于第二子區(qū)間時，所述比值屬于第四子區(qū)間，則為可能的強沙塵區(qū)；當所述差值 屬于第一子區(qū)間時，所述比值屬于第三子區(qū)間或者屬于第四子區(qū)間，則為可能的弱沙塵區(qū)。
[0022] 根據(jù)本發(fā)明實施例所述的一種基于衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)的沙塵暴監(jiān)測方法的另一個進 一步的方面，先計算近紅外和可見光反照率的比值，再計算中紅外與熱紅外亮溫的差值，當 所述比值屬于第四子區(qū)間時，所述差值屬于第二子區(qū)間，則為可能的強沙塵區(qū)；當所述比值 屬于第三子區(qū)間時，所述差值屬于第一子區(qū)間，則為可能的最弱沙塵區(qū)，所述差值屬于第二 子區(qū)間，則為可能的弱沙塵區(qū)。
[0023] 根據(jù)本發(fā)明實施例所述的一種基于衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)的沙塵暴監(jiān)測方法的另一個進 一步的方面，對所述初始數(shù)據(jù)進行紅外分裂窗兩個波段的亮溫計算進一步包括，
[0024] 當為可能的強沙塵區(qū)時，對所述初始數(shù)據(jù)進行紅外分裂窗亮溫的比值計算為：
【主權項】
1. 一種基于衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)的沙塵暴監(jiān)測方法，其特征在于包括， 獲得衛(wèi)星探測的初始數(shù)據(jù)； 計算初始數(shù)據(jù)中近紅外和可見光反照率的比值，并計算初始數(shù)據(jù)中紅外與熱紅外亮溫 的差值； 對所述初始數(shù)據(jù)進行紅外分裂窗兩個波段的亮溫計算； 若所述比值、差值和紅外分裂窗亮溫計算結果均在相應的區(qū)間內，則識別結果為沙塵 區(qū)。
2. 根據(jù)權利要求1所述的一種基于衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)的沙塵暴監(jiān)測方法，其特征在于，在 獲得衛(wèi)星探測的初始數(shù)據(jù)之中還包括，對多源衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)進行重采樣和插值處理，對重 疊區(qū)域進行時空融合處理，使用太陽高度角余弦公式濾除太陽高度角大于70°的數(shù)據(jù)。
3. 根據(jù)權利要求1所述的一種基于衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)的沙塵暴監(jiān)測方法，其特征在于，在 計算初始數(shù)據(jù)中近紅外和可見光反照率的比值，并計算初始數(shù)據(jù)中紅外與熱紅外亮溫的差 值之前還包括，使用熱紅外波段亮溫進行基本閾值判識，當熱紅外波段亮溫大于閥值時為 可能的沙塵區(qū)。
4. 根據(jù)權利要求1所述的一種基于衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)的沙塵暴監(jiān)測方法，其特征在于，在 計算初始數(shù)據(jù)中近紅外和可見光反照率的比值，并計算初始數(shù)據(jù)中紅外與熱紅外亮溫的差 值中還包括： 計算中紅外與熱紅外亮溫的差值： DVmir= T 3.7-Tn; 其中，T3.A 3.7 μπι波段的亮度溫度，T11為Ilym波段的亮度溫度，當差值DVmi,在第 一區(qū)間內時，為可能的沙塵區(qū)； 計算近紅外和可見光反照率的比值： RVnir - R 1.6,R〇. 85; 其中R1.6為1. 6 μ m波段反照率，R α 85為0. 85 μ m波段反照率，當比值RV也在第二區(qū)間 時，為可能的沙塵區(qū)。
5. 根據(jù)權利要求4所述的一種基于衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)的沙塵暴監(jiān)測方法，其特征在于，所 述第一區(qū)間還分為第一子區(qū)間和第二子區(qū)間，所述第二區(qū)間還分為第三子區(qū)間和第四子區(qū) 間。
6. 根據(jù)權利要求5所述的一種基于衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)的沙塵暴監(jiān)測方法，其特征在于，先 計算中紅外與熱紅外亮溫的差值，再計算近紅外和可見光反照率的比值，當所述差值屬于 第二子區(qū)間時，所述比值屬于第四子區(qū)間，則為可能的強沙塵區(qū)；當所述差值屬于第一子區(qū) 間時，所述比值屬于第三子區(qū)間，則為可能的最弱沙塵區(qū)，所述比值屬于第四子區(qū)間，則為 可能的弱沙塵區(qū)。
7. 根據(jù)權利要求5所述的一種基于衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)的沙塵暴監(jiān)測方法，其特征在于，先 計算近紅外和可見光反照率的比值，再計算中紅外與熱紅外亮溫的差值，當所述比值屬于 第四子區(qū)間時，所述差值屬于第二子區(qū)間，則為可能的強沙塵區(qū)；當所述比值屬于第三子區(qū) 間時，所述差值屬于第一子區(qū)間，則為可能的最弱沙塵區(qū)，所述差值屬于第二子區(qū)間，則為 可能的弱沙塵區(qū)。
8. 根據(jù)權利要求6或7所述的一種基于衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)的沙塵暴監(jiān)測方法，其特征在于， 對所述初始數(shù)據(jù)進行紅外分裂窗兩個波段的亮溫計算，進一步包括， 當為可能的強沙塵區(qū)時，對所述初始數(shù)據(jù)進行紅外分裂窗比值計算為： (0-12-1.0)/ _L0)n0>0 RVfh = e /Jil ; 其中T11為Ilym波段的亮度溫度，T12為12 μ m波段的亮度溫度，則RVf Ji于第三區(qū) 間時，則為沙塵區(qū)； 當為可能的最弱沙塵區(qū)和弱沙塵區(qū)時，對所述初始數(shù)據(jù)進行紅外分裂窗差值計算為： DVfir= T 12-T11； 其中T11為11 μ m波段的亮度溫度，T 12為12 μ m波段的亮度溫度，當為可能的最弱沙塵 區(qū)DVfJl于第五子區(qū)間時，則為沙塵區(qū)，當為可能的弱沙塵區(qū)DVfJl于第六子區(qū)間時，則 為沙塵區(qū)。
9.根據(jù)權利要求1所述的一種基于衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)的沙塵暴監(jiān)測方法，其特征在于，在 得到沙塵識別結果后還包括，計算沙塵強度指數(shù)： DDI^((cil<!· !ΙΓ?-1.())^1().())*/1" ^rl0m0*10.0； 其中Rh6為1.6 ym波段反照率，T ^為I Iym波段的亮度溫度，T12為12 ym波段的亮 度溫度，DDI表示沙塵強度指數(shù)。
【專利摘要】本發(fā)明涉及大氣環(huán)境監(jiān)測技術領域，特別是關于一種基于多源衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)的沙塵暴監(jiān)測方法，用于更加準確的對沙塵進行監(jiān)測，包括獲得衛(wèi)星探測的初始數(shù)據(jù)；計算初始數(shù)據(jù)中近紅外和可見光反照率的比值，并計算初始數(shù)據(jù)中紅外與熱紅外亮溫的差值；對所述初始數(shù)據(jù)進行紅外分裂窗兩個波段的亮溫計算；若所述比值、差值和紅外分裂窗亮溫計算結果均在相應的區(qū)間內，則識別結果為沙塵區(qū)。
【IPC分類】G01S17-95
【公開號】CN104635242
【申請?zhí)枴緾N201510084424
【發(fā)明人】羅敬寧
【申請人】羅敬寧
【公開日】2015年5月20日
【申請日】2015年2月16日