一种极轨气象卫星virr海洋上云检测的处理方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种海洋上云检测的处理方法，特别涉及一种极轨气象卫星可见光红 外扫描辐射计（VIRR)海洋上云检测的处理方法，属于气象遥感技术领域。
【背景技术】
[0002] 风云三号气象卫星是中国的第二代风云极轨气象卫星，卫星上装载的可见光红外 扫描辐射计（VIRR)光谱范围为0. 43~12. 5ym，有10个通道，地面水平分辨率为1.lKm。 VIRR有1个短波红外通道（3. 55~3.93ym)，2个长波红外通道即分裂窗通道（10. 3~ 11. 3ym和11. 5~12. 5ym)可用于估计海表温度。短波红外通道定标在夜间（太阳天顶 角85°~118°之间）受太阳污染影响，暂不用于业务海温反演。海表温度是天气预报业 务、气候监测、诊断和预测业务以及气候数值模拟研宄的重要输入参数。海洋上云检测是海 表温度反演的第一步。
[0003] 风云三号气象卫星VIRR业务系统云检测算法采用多特征（单通道或多通道）阈 值法，各个特征阈值的确定采用动态阈值法或通过辐射传输模式和大气廓线库进行正演模 拟确定阈值查找表法。其中动态阈值法选择450X2048像元块进行下垫面区分和直方图统 计，而450X2048的像元块容易造成块间云检测结果的不连续性（如附图4所示）。辐射传 输模式阈值确定方法要求遥感仪器有理想的光谱响应曲线，且要求大气廓线正确地代表大 气状态，这在实际上很难达到，且福射传输模式本身也有误差。目前风云三号气象卫星VIRR 业务系统云检测产品在海洋上存在云的漏判现象（如附图4的C区域），尤其是夜间，云污 染会严重影响反演海温的精度，难以满足用户对海温产品质量日益增高的需求。因此，有必 要提尚海洋上75T检测的准确性以实现尚精度海温广品的反演。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是为解决极轨气象卫星可见光红外扫描辐射计（VIRR)海洋上云 检测存在漏判的问题，提出了一种极轨气象卫星VIRR海洋上云检测的处理方法。
[0005] 本发明是通过以下技术方案实现的。
[0006] 一种极轨气象卫星VIRR海洋上云检测的处理方法，处理方法流程示意图如图1所 示，其步骤如下：
[0007] 步骤一、读取经过定位定标处理后的极轨气象卫星VIRR-级观测数据和平均海 温数据，对读入的VIRR-级观测数据及其对应的海陆模板信息进行识别，得到海洋观测数 据，计算海洋像元的分裂窗通道4、通道5的亮温1\和T5;陆地像元赋予陆地标识2 ;
[0008] 步骤二、对海洋像元的T4和T5进行阈值检测，超出亮温阈值的像元赋予噪声标识 3 ；
[0009] 步骤三、构建以当前海洋像元为中心的3X3的数据块，进行空间一致性检测，不 满足空间一致性，则为有云像元，赋予有云标识1 ;通过则进入步骤四；
[0010] 步骤四、根据仪器特性，基于长时间序列的匹配数据统计分析，得到适用的回归系 数&(|~a3，并设定亮温阈值Thl与气候海温阈值Th2 ;
[0011] 步骤五、对于通过空间一致性检验的海洋像元，根据回归公式计算卫星VIRR反演 海温Ts=aQ+aJ4+a2 (T4_T5)+a3 (T4_T5)(sec0 -1)，其中，1表示反演海温，T4、1~5分别表示 10. 3~11. 3ym、11. 5~12. 5ym通道亮温，aQ~a3表示回归系数、0表示卫星天顶角；
[0012] 步骤六、进行海温阈值检验和气候阈值检验，满足|Ts-T4| <Thl且 Ts-Tc|彡Th2的像元为晴空像元，赋予晴空像元标识0;否则为云像元，赋予有云标识1; 其中，Tc为该像元的气候海温；
[0013]步骤七、将检测为晴空海洋（0)、有云海洋（1)、陆地（2)和噪声（3)的结果按像元 输出。
[0014] 作为优选，所述回归系数采用3个月的卫星观测资料与浮标的匹配信息通 过最小二乘法多元线性回归分析得到。
[0015] 作为优选，所述空间一致性检测通过以下条件判别：|T4_Ta| <Std，其中Ta表示 以该海洋像元为中心的像元块中有效像元的亮温平均值，Std表示以该海洋像元为中心的 像元块中有效像元的亮温标准差；所述像元块的大小为3X3。
[0016]作为优选，所述Thl= 10K;Th2 = 3K。
[0017] 作为优选，所述Tc根据步骤一所述的一级观测数据中的经炜度数据以及平均海 温数据通过双线性插值得到。
[0018] 作为优选，平均海温数据为30年月平均海温数据。
[0019] 作为优选，所述步骤七将检测结果按像元输出的方式为以下两种：一种是输出到 二进制的海洋云检测结果文件；一种是输出到打印设备或显示设备，晴空海洋、有云海洋、 陆地和噪声分别用不同颜色表示。
[0020] 所述T4、T5的计算公式如下：
[0021]
【主权项】
1. 一种极轨气象卫星VIRR海洋上云检测的处理方法，其特征在于，包括以下步骤： 步骤一、读取经过定位定标处理后的极轨气象卫星VIRR-级观测数据和平均海温数 据，对读入的VIRR-级观测数据及其对应的海陆模板信息进行识别，得到海洋观测数据， 计算海洋像元的分裂窗通道4、通道5的亮温1\和T 5;陆地像元赋予陆地标识2 ; 步骤二、对海洋像元的T4和T5进行阈值检测，超出亮温阈值的像元赋予噪声标识3 ; 步骤三、构建以当前海洋像元为中心的3X3的数据块，进行空间一致性检测，不满足 空间一致性，则为有云像元，赋予有云标识1 ;通过则进入步骤四； 步骤四、根据仪器特性，基于长时间序列的匹配数据统计分析，得到适用的回归系数 &(|~a 3，并设定亮温阈值Thl与气候海温阈值Th2 ; 步骤五、对于通过空间一致性检验的海洋像元，根据回归公式计算卫星VIRR反演海温 Ts= Bfa1Va2(T4-TWT4-T5) (sec 0 -1)，其中，1；表示反演海温，T 4、T#别表示 10. 3 ~ 11.3 41]1、11.5~12.5 41]1通道亮温，3(|~33表示回归系数、0表示卫星天顶角； 步骤六、进行海温阈值检验和气候阈值检验，满足I Ts-T4 I < Thl且|Ts-Tc| <Th2的 像元为晴空像元，赋予晴空像元标识0 ;否则为云像元，赋予有云标识1 ;其中，Tc为该像元 的气候海温； 步骤七、将检测为晴空海洋（0)、有云海洋（1)、陆地（2)和噪声（3)的结果按像元输 出。
2. 根据权利要求1所述的一种极轨气象卫星VIRR海洋上云检测的处理方法，其特征在 于：所述回归系数％~a 3是基于VIRR长时间序列卫星观测资料与浮标的匹配数据集进行 回归计算得到的，匹配数据集以VIRR -级观测数据和浮标海温数据为输入，按空间上I. 1 公里和时间上1小时的匹配窗口进行匹配，满足晴空海洋及上述匹配条件的像元为一个匹 配样本，存储浮标海温、浮标经炜度、浮标时间、浮标类型、浮标质量、卫星观测时间、像元经 炜度、T4、T5、卫星天顶角、太阳天顶角信息；采用3个月的匹配样本通过最小二乘法多元线 性回归分析得到。
3. 根据权利要求1所述的一种极轨气象卫星VIRR海洋上云检测的处理方法，其特征在 于：所述空间一致性检测通过以下条件判别：I T4_Ta I < Std，其中Ta表示以该海洋像元为 中心的像元块中有效像元的亮温平均值，Std表示以该海洋像元为中心的像元块中有效像 元的亮温标准差。
4. 根据权利要求3所述的一种极轨气象卫星VIRR海洋上云检测的处理方法，其特征在 于：所述像元块的大小为3X3。
5. 根据权利要求1所述的一种极轨气象卫星VIRR海洋上云检测的处理方法，其特征在 于：Thl = IOK ;Th2 = 3K。
6. 根据权利要求1所述的一种极轨气象卫星VIRR海洋上云检测的处理方法，其特征在 于：所述Tc根据步骤一所述的一级观测数据中的经炜度数据以及平均海温数据通过双线 性插值得到。
7. 根据权利要求6所述的一种极轨气象卫星VIRR海洋上云检测的处理方法，其特征在 于：所述平均海温数据为30年月平均海温数据。
8. 根据权利要求1所述的一种极轨气象卫星VIRR海洋上云检测的处理方法，其特征在 于：所述T4、T5的计算公式如下：
其中，i = 4或5, wn为通道的中心波数，CjPc2是普朗克常数，Cl= I. 191065X10 _5，C2=1. 43839, R为福射值，R通过以下公式计算： R = AfA1XWA2 X N2; 其中AcT^ A 2为定标系数，N为计数值。
9.根据权利要求1-8任一所述的一种极轨气象卫星VIRR海洋上云检测的处理方法，其 特征在于：所述步骤七将检测结果按像元输出的方式为以下两种：一种是输出到二进制的 海洋云检测结果文件；一种是输出到打印设备或显示设备，晴空海洋、有云海洋、陆地和噪 声分别用不同颜色表示。
【专利摘要】本发明涉及一种极轨气象卫星VIRR海洋上云检测的处理方法，属于气象遥感技术领域。本发明方法首先对经过定位定标处理后的极轨气象卫星VIRR一级观测数据及其对应的海陆模板信息进行识别，得到海洋观测数据；对于海洋像元，利用分裂窗亮温及亮温差、卫星天顶角、海温回归系数等信息进行海表温度反演；根据VIRR仪器特性，基于长时间序列的匹配数据集进行统计分析，设定温度阈值；当海洋像元的观测亮温与反演海温或反演海温与气候海温超出设定阈值时，则该海洋像元为有云像元。对比现有技术，本发明利用海表温度的气候变化规律及卫星探测仪器VIRR的长时间序列统计信息，设定温度阈值，对目标通过定量计算进行有云或晴空的识别，提高了海洋上云检测的准确性。
【IPC分类】G01W1-06
【公开号】CN104820250
【申请号】CN201510173656
【发明人】王素娟, 崔鹏, 张鹏, 陆风, 冉茂农, 王维和
【申请人】国家卫星气象中心
【公开日】2015年8月5日
【申请日】2015年4月14日