星载激光雷达在基于MODIS海雾检测中的应用

发布时间：2020-05-26 12:44

【摘要】：卫星遥感是目前对海雾进行检测的有效技术手段，但是由于海上观测资料稀少，难以获得更多确认数据进行进一步的验证和改进。星载激光雷达CALIOP能够以30m的垂直分辨率昼夜对星下点的大气垂直结构进行探测，所以根据CALIOP数据可以确认大量的海雾等目标物作为样本。本文通过采用CALIOP观测数据和与之同步匹配的Aqua-MODIS数据获得了大量样本的光谱特性，并据此得到用于海雾检测的阈值范围。同时，还使用CALIOP数据对海雾能见度等特征量的反演以及MODIS用于海雾检测的海域适用性做了分析。 本文首先利用CALIOP高垂直分辨率的优势，在CALIPSO星下点分别确认了1146个白天海雾样本和1085个夜间海雾样本，以及大量的非海雾样本，然后对这些样本在Aqua-MODIS不同通道的光谱特性进行统计分析，统计结果表明： （1）白天，，在通道1，95%的晴空海表反照率小于0.15，80%的海雾反照率集中在0.10到0.50之间，低云反照率集中在0.3到0.70之间且65%大于0.50，95%的中高层云反照率集中在0.5到0.9之间；在通道2，晴空海表的反照率大多数都小于0.1，海雾、低云和中高层云的反照率与在通道1相似；95%的晴空海表在通道19与通道18的反照率差异小于0.015，海雾、低云和中高层云在通道19与通道18的反照率差异集中在0到0.015之间；晴空海表、海雾、低云区域在通道26的反照率集中在小于0.02的范围内，大多数中高层云的反照率大于0.02。 （2）夜间，晴空海表和中高层云的在通道31和通道20的亮温差异明显不同于海雾和低云，晴空海表和中高层云大多数小于1K，而80%以上海雾的差异大于1K,70%以上的低云的差异大于1K；中高层云在通道31和通道28的亮温差异分布虽然与晴空海表、海雾、低云在通道31和通道28的亮温差异分布都有很大交叠，但是中高层云在通道31和通道28的亮温差异在2K左右时出现的概率最大，明显不同于晴空海表、海雾和低云。根据光谱统计结果，本文设定用于MODIS海雾检测的阈值，然后分别使用该阈值和前人设定阈值对两次白天海雾进行了检测，结果表明本文所设定的阈值能够更加全面的检测出海雾区域。为了进一步检验该阈值的准确性，使用该阈值对发生在黄海的多次海雾进行了检测，检测结果都得到了CALIOP观测数据、地面探空站数据以及船测数据的验证。 本文使用CALIOP数据对海雾的几何厚度和光学厚度的关系进行了验证，发现使用CALIOP数据获得的海雾厚度与使用MODIS数据提供的云层光学厚度反演得到的海雾厚度基本一致，并据此反演得到了海雾的能见度。 同时，为了分析MODIS在海雾检测当中的适用性，本文使用CALIOP云产品数据对中国海及其周边海域的云层分布做了统计。根据统计结果发现，在黄海海域出现两层及两层以上的云概率小于0.2，这说明使用MODIS检测海雾适用于该海域。 根据本文所做的分析,利用CALIOP高垂直分辨率的优势, CALIOP数据可以很好地应用于MODIS海雾检测方法的检验和改进以及海雾特征量的反演。
【图文】：

图 2-1 Terra 卫星（http://www.nasa.gov/mission_pages/terra/spacecraft/index.html）2. Aqua 卫星Aqua 卫星是 NASA 发射的第二颗 EOS 计划卫星，于 2002 年 5 月 4 日发同 Terra 一样 Aqua 也是太阳同步地球极轨卫星，于每天下午同一时间上空与 Terra 在数据采集时间上形成补充，所以也被称为第一颗上午对（简称，EOS PM-1）。同时 Aqua 也是 A-Train 系列极轨卫星的组成部Aqua 在保留了 Terra CERES 和 MODIS 传感器的基础上，添加了大气红（AIRS）、先进微波探测器（AMSU-A）、巴西湿度探测器（HSB）、地球观进微波扫描辐射计（AMSR-E）。Aqua 的主要任务是对地球的水循环系统进行观测，包括对海洋、降水进行观测，也包括对大气当中的水蒸气、云当中的水等各种形态的的水

图 2-2Aqua 卫星（http://Aqua.nasa.gov/）2.1.2 EOS-MODIS 数据MODIS 是在传统的成像辐射计的基础上发展来的一种宽光谱被动成像传感器,是新一代图谱光学传感器。MODIS 拥有观测光谱波长范围分布在 0.4μm 到14.4μm 的 36 个光学通道，刈幅宽度可达 2330 km，星下点空间分辨率有 250m500m 和 1000m 3 种。搭载在 Terra 和 Aqua 上的 MODIS 相互补充，可以每天获得4 次全球观测数据。MODIS 的多通道、宽光谱的特性使得 MODIS 能够同时对海洋水色、浮游植物、陆地温度、大气温度、大气水汽含量、大气臭氧含量等重要地球系统信息进行同时观测。MODIS 与 NOAA 等地球同步卫星上搭载的多光谱成像传感器相比波谱分辨率有了明显提高，对地球观测的空间分辨率提高到了百米级别，而从 NOAA 的空间
【学位授予单位】：中国海洋大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：P714.2

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本文编号：2681855