基于遙感數(shù)據(jù)的霧物理屬性信息提取

趙國(guó)慶

【摘 要】大霧是一種常見的災(zāi)害性天氣現(xiàn)象?；谶b感數(shù)據(jù)的霧物理屬性參數(shù)提取日益成為了研究的熱點(diǎn)。以MODIS和FY-3A數(shù)據(jù)，對(duì)發(fā)生于2013年1月的中國(guó)中東部大霧進(jìn)行了霧物理參數(shù)提取，并對(duì)時(shí)間序列遙感影像進(jìn)行時(shí)間序列變化分析。結(jié)果表明：霧物理參數(shù)提取既可以定量分析霧發(fā)展過程中內(nèi)部變化的信息，又可以進(jìn)一步認(rèn)識(shí)霧生消的規(guī)律，為提高霧預(yù)報(bào)提供奠定一定的基礎(chǔ)。

【關(guān)鍵詞】遙感；大霧天氣；信息提取

0 引言

霧是一種常見的災(zāi)害性自然天氣現(xiàn)象，對(duì)交通、人體健康和大氣環(huán)境等方面帶來嚴(yán)重危害影響。隨著遙感科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，基于遙感數(shù)據(jù)的大霧物理參數(shù)反演分析是近年來的研究熱點(diǎn)。低能見度直接威脅交通安全，而霧中能見度的變化直接受霧滴數(shù)密度、含水量、平均直徑、等物理參量的影響。了解霧的微物理特性，分析其變化規(guī)律，有助于我們加深認(rèn)識(shí)霧的發(fā)生、發(fā)展，為霧的預(yù)測(cè)預(yù)警、精確預(yù)報(bào)提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)域和研究數(shù)據(jù)

本文以中國(guó)東部地區(qū)為研究區(qū)域，對(duì)發(fā)生于2013年1月10日-14日的白天陸地輻射大霧過程進(jìn)行研究。東部地區(qū)地理位置優(yōu)越，地形以低山丘陵為主，霧天氣一直是東部地區(qū)秋冬季節(jié)常見的災(zāi)害性天氣現(xiàn)象之一。

MODIS是EOS計(jì)劃的主要探測(cè)儀器，有36個(gè)光譜通道，星下點(diǎn)空間分辨率分別為250m、500m、1000m。由于MODIS具有多光譜，空間分辨率高，定標(biāo)定位精度高、數(shù)據(jù)信噪比高等優(yōu)點(diǎn)，為環(huán)境監(jiān)測(cè)提供了可能[1]。

FY-3A，即風(fēng)云三號(hào)衛(wèi)星，是由我國(guó)國(guó)產(chǎn)的第二代太陽同步軌道氣象衛(wèi)星，其降交點(diǎn)地方時(shí)為10點(diǎn)05分，為上午星，回歸周期為5天[2]。具有全球、全天候、多光譜、三維、定量遙感監(jiān)測(cè)能力。本文主要應(yīng)用的是可見光紅外掃描輻射計(jì)（VIRR）探測(cè)儀，其包含7個(gè)可見光通道和3個(gè)紅外通道。

針對(duì)此次大霧，本文選取研究區(qū)域內(nèi)該時(shí)段的MODIS和FY-3A影像數(shù)據(jù)組成時(shí)間序列，總共得到9幅影像數(shù)據(jù)。

2 霧反演算法

霧物理參數(shù)反演是假設(shè)在理想化的大氣輻射傳輸條件下，根據(jù)Stephen等人對(duì)大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析所得到的經(jīng)驗(yàn)公式。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與時(shí)間序列分析

3.1 能見度變化分析

根據(jù)上一節(jié)的反演算法，對(duì)此次大霧過程影像進(jìn)行反演。其中，圖1顯示了本次大霧能見度反演的結(jié)果。

1月10日由于下墊面平均含水量較高，較厚的逆溫層出現(xiàn)，此后出現(xiàn)較濃大霧，10時(shí)15分平均能見度約為122米，下午13時(shí)平均能見度約為81米。經(jīng)過部分霧消散因子的影響，到晚上霧的濃度會(huì)有所下降。11日凌晨，氣溫持續(xù)降低，空氣中的水汽達(dá)到飽和，霧開始形成，隨后迅速下降，09時(shí)55分能見度約為118米。此后，12日～14日，霧能見度變化范圍較小，一直持續(xù)在100米上下變動(dòng)，說明了此次大霧日變化特征不明顯，具有很強(qiáng)的穩(wěn)定性和持續(xù)性，強(qiáng)度大不易消散。

3.2 物理參數(shù)變化分析

霧物理參量可以定量的描述陸地霧的發(fā)生發(fā)展特征，以了解研究區(qū)域陸地霧的特點(diǎn)。表2給出了此次大霧過程中不同發(fā)展階段霧光學(xué)厚度（？子）、幾何厚度（？駐z）、液態(tài)水含量（LWP）、霧滴平均半徑（Re）的統(tǒng)計(jì)值。

霧在發(fā)展的不同階段，物理參量存在明顯差異。從表可以得到，霧在形成階段霧滴數(shù)濃度較低，液態(tài)含水量較??；霧的發(fā)展、成熟和消散階段，霧滴數(shù)濃度顯著增大、液態(tài)含水量增大，粒子半徑也有所增加。在霧的發(fā)展進(jìn)程中，平均含水量、液態(tài)水含量與能見度呈明顯反相變化。在霧發(fā)展過程的后期，霧滴粒子有效半徑與能進(jìn)度反相變化顯著，但是在前期過程中，霧滴粒子的半徑隨時(shí)間變化較小。

4 結(jié)論

本位以MODIS和FY-3A數(shù)據(jù)為數(shù)據(jù)源，對(duì)發(fā)生于中國(guó)中東部的一次白天陸地輻射霧進(jìn)行了微物理屬性的信息提取，并定量分析了大霧過程。其不僅能宏觀了解霧的發(fā)生發(fā)展趨勢(shì)，而且可以定量化分析大霧發(fā)展過程中大霧內(nèi)部物理屬性的變化趨勢(shì)和發(fā)展程度，為霧的精確預(yù)報(bào)提供數(shù)據(jù)支持。

【參考文獻(xiàn)】

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[2]徐擁軍.基于 FY-3A/VIRR 數(shù)據(jù)火情監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].北京：中國(guó)地質(zhì)大學(xué)，2012.

[3] Stephens G L. Radiation profiles in extended water clouds. II： Parameterization schemes[J]. Journal of the Atmospheric Sciences， 1978，35（11）：2123-2132.

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[5]吳曉京，陳云浩，李三妹.應(yīng)用 MODIS 數(shù)據(jù)對(duì)新疆北部大霧地面能見度和微物理參數(shù)的反演[J].遙感學(xué)報(bào)，2005，9（6）：688-696.

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