卫星红外高光谱资料同化关键问题研究
发布时间：2021-04-10 18:02
具有高光谱分辨率特点的星载红外高光谱探测仪能精准地探测大气廓线信息,为改进资料同化分析场做出了巨大的贡献。然而在同化红外高光谱数据的过程中,仍然存在红外遥感资料受云水影响、高噪声波段观测无法同化等难题。在云检测方面,针对传统晴空通道云检测技术依赖背景场的问题,本研究实现了“基于成像仪辅助的晴空通道云检测算法”。此外,结合机器学习领域的Logistic Regression方法,提出了“基于Logistic Regression的IASI云检测算法”。随后将Logistic Regression的云检测方法和传统的晴空通道云检测算法结合,提出了“基于Logistic Regression的晴空通道云检测算法”。将这两种改进后的晴空通道云检测方法接入到WRFDA同化系统中,并针对台风“海马”进行了同化和预报实验。实验结果表明:“基于成像仪辅助的晴空通道云检测算法”和“基于Logistic Regression的晴空通道云检测算法”,比传统的晴空通道云检测方法能引入更多的观测数据,从而有效地改善了分析场和预报效果。在高噪声波段观测通道的降噪方面,本文使用PCA压缩和重构方法,实现了全波段PC...
【文章来源】：国防科技大学湖南省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：88 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
IASI示意图
国防科技大学研究生院硕士学位论文第3页图1.2IASI示意图图1.3IASI红外光谱覆盖示意图IASI能探测多种气体的吸收波段，这些气体包括：CO2、CO、O3、N2O、CH4和H2O。其中CO2探测通道主要探测大气中某一层的温度信息，H2O探测通道主要用于探测大气的湿度信息以及和云有关的信号。具体IASI光谱探测情况如表1.1所示。表1.1IASI各个光谱波段探测情况光谱范围/cm-1吸收波段主要应用650~770CO2温度探测770~980窗区通道地表和云的特征信息1000~1070O3O3探测1080~1150窗区通道地表和云的特征信息1210~1650H2O水汽、N2O、CH4、SO22100~2150COCO探测2150~2250N2O和CO2温度探测、N2O2350~2420CO2温度探测2420~2700窗区通道地表和云的特征信息2700~2760CH4CH4
国防科技大学研究生院硕士学位论文第14页探测仪拥有六个探测通道，包括了一个可见光通道，两个近红外通道，一个短波红外通道还有两个长波红外通道,视场（FOV）的空间分辨率为1.1km。图2.1表示了IASI（图a）和AVHRR（图b）的扫描情况。如图2.1所示，我们很明显能看出IASI的空间分辨率较低（12.5km），所显示台风的结构特征棱角模糊；而AVHRR的空间分辨率就非常高（1.1km），能够非常清晰的刻画出台风的形态。表2.2AVHRR5个通道波段通道波长范围（μm）对应的波段分辨率（星下点）用途Ch10.55～0.68可见光1.1观测白天的云、海水Ch20.725～1.1近红外1.1水体边界Ch3A/Ch3B3.55～3.93中红外1.1海表温度，夜间云图Ch410.5～11.3热红外1.1海表温度，夜间云图Ch511.5～12.5热红外1.1海表温度，夜间云图图2.1台风“海马”IASI和AVHRR观测的辐射率。单位：mW/(m2srcm-1)（a）IASI的第921号通道（波数875.0cm-1）（b）AVHRR的第5号通道（波数833.3cm-1）AVHRR/IASI云检测算法是由Eressma[27]提出的。其本质上是将红外探测仪IASI的视场与高水平分辨率的成像仪AVHRR（两种仪器都搭载在Metop-A卫星上）的视场相互匹配，利用在匹配视场内成像仪的观测数据，判断出红外仪器视场是否为晴空视常具体做法如下：（1）视场匹配当两种仪器的观测视场进行匹配的时候，通常都会把两个探测器分为主探测器（MasterSenser）和从探测器（SlaveSenser），其中从探测器的视场要重叠到主探测器的视场上[35]。在本研究中，我们认为IASI是主探测器（视场直径较大，有
【参考文献】：
期刊论文
[1]云检测在高光谱大气红外探测器辐射率直接同化中的应用[J]. 陈靖,李刚,张华,王根. 气象. 2011(05)
[2]METOP星载干涉式超高光谱分辨率红外大气探测仪（IASI）及其产品[J]. 张磊,董超华,张文建,张鹏. 气象科技. 2008(05)
本文编号：3130090
【文章来源】：国防科技大学湖南省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：88 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
IASI示意图
国防科技大学研究生院硕士学位论文第3页图1.2IASI示意图图1.3IASI红外光谱覆盖示意图IASI能探测多种气体的吸收波段，这些气体包括：CO2、CO、O3、N2O、CH4和H2O。其中CO2探测通道主要探测大气中某一层的温度信息，H2O探测通道主要用于探测大气的湿度信息以及和云有关的信号。具体IASI光谱探测情况如表1.1所示。表1.1IASI各个光谱波段探测情况光谱范围/cm-1吸收波段主要应用650~770CO2温度探测770~980窗区通道地表和云的特征信息1000~1070O3O3探测1080~1150窗区通道地表和云的特征信息1210~1650H2O水汽、N2O、CH4、SO22100~2150COCO探测2150~2250N2O和CO2温度探测、N2O2350~2420CO2温度探测2420~2700窗区通道地表和云的特征信息2700~2760CH4CH4
国防科技大学研究生院硕士学位论文第14页探测仪拥有六个探测通道，包括了一个可见光通道，两个近红外通道，一个短波红外通道还有两个长波红外通道,视场（FOV）的空间分辨率为1.1km。图2.1表示了IASI（图a）和AVHRR（图b）的扫描情况。如图2.1所示，我们很明显能看出IASI的空间分辨率较低（12.5km），所显示台风的结构特征棱角模糊；而AVHRR的空间分辨率就非常高（1.1km），能够非常清晰的刻画出台风的形态。表2.2AVHRR5个通道波段通道波长范围（μm）对应的波段分辨率（星下点）用途Ch10.55～0.68可见光1.1观测白天的云、海水Ch20.725～1.1近红外1.1水体边界Ch3A/Ch3B3.55～3.93中红外1.1海表温度，夜间云图Ch410.5～11.3热红外1.1海表温度，夜间云图Ch511.5～12.5热红外1.1海表温度，夜间云图图2.1台风“海马”IASI和AVHRR观测的辐射率。单位：mW/(m2srcm-1)（a）IASI的第921号通道（波数875.0cm-1）（b）AVHRR的第5号通道（波数833.3cm-1）AVHRR/IASI云检测算法是由Eressma[27]提出的。其本质上是将红外探测仪IASI的视场与高水平分辨率的成像仪AVHRR（两种仪器都搭载在Metop-A卫星上）的视场相互匹配，利用在匹配视场内成像仪的观测数据，判断出红外仪器视场是否为晴空视常具体做法如下：（1）视场匹配当两种仪器的观测视场进行匹配的时候，通常都会把两个探测器分为主探测器（MasterSenser）和从探测器（SlaveSenser），其中从探测器的视场要重叠到主探测器的视场上[35]。在本研究中，我们认为IASI是主探测器（视场直径较大，有
【参考文献】：
期刊论文
[1]云检测在高光谱大气红外探测器辐射率直接同化中的应用[J]. 陈靖,李刚,张华,王根. 气象. 2011(05)
[2]METOP星载干涉式超高光谱分辨率红外大气探测仪（IASI）及其产品[J]. 张磊,董超华,张文建,张鹏. 气象科技. 2008(05)
本文编号：3130090
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