FY-2静止卫星监测雾的方法研究

摘要

雾是一种灾害性天气，具有出现几率高、发生范围广、危害性大等特点，经常造成高速公路封闭、航运中断，甚至会造成人员伤亡、财产损失等严重灾情，雾对人体健康、供电线路、农业生产等也有严重影响。雾的监测方法有两种，常规监测方法和利用气象遥感资料（包括卫星和雷达资料）进行监测。常规的监测方法受到观测站点的分布及观测时间的限制，难以准确获取雾的强度和范围信息；而气象卫星具有覆盖范围大、观测波段多、观测频次高、信息源可靠、直接投入成本低的优点，利于雾的实时动态监测。风云二号气象卫星是我国第一代静止气象卫星，共发射了五颗卫星，目前在轨运行的是D、E 两颗卫星。卫星共有5 个观测波段，可见光、分裂窗、中红外和水汽通道，空间分辨率为5Km，每一小时（半小时）观测一次，汛期为每半小时（15 分钟）一次。雾在气象卫星大部分波段的光谱特征具有一定的特殊性，可以根据这些特征对雾进行监测研究。夜间，在11μm 波长，雾的比辐射率接近1，类似黑体，但是在3.7μm 波长，雾的比辐射率明显小于1，而透明低云及地表等在两个波长的比辐射率却近似相等，因此雾在夜间的亮度温度在热红外波段要高于中红外波段，而地表、海洋及透明低云在这两个波段的亮度温度却大致相等；由于中红外波段在白天增加了反射辐射，而雾的反射率要远远高于地表，所以雾的亮度温度在热红外波段要远远小于中红外波段，其亮温差也小于地表、海洋及透明低云。考虑到雾的生消时间短、覆盖范围广、而且多发生于凌晨，利用风云二号气象卫星进行了雾的监测，充分发挥风云二号气象卫星覆盖范围大、时间分辨率高的优点，进行了雾的连续性动态监测，并针对雾的发生、发展及消亡进行了研究，总结得到了雾的一般监测流程和监测阈值，并将监测时段分为了两部分，日出之前和日出之后，便于使用可见光资料进行更为精确的监测。根据得到的监测流程和监测阈值，利用 2007 年12 月18 日—21 日的风云卫星数据对华北、华东地区一次大范围的雾天进行了监测，取得了良好的效果，通过与测站数据进行比对，监测精度达到了76.6%。