双通道动态阈值法和6S模式定量计算表观反射率法对GMS—5和FY2B图像进行自动云检测

摘要

云是由悬浮在大气中的水滴和(或)冰晶微粒组成的可见聚合体.卫星资料以其自身的优势成为云分析的一种重要研究手段.为了从卫星数据中取得比较准确的云参数首先要进行云检测,把有云的像元判识出来.该文介绍了两种云检测算法:双通道动态阈值法和表观反射率法.双通道动态阈值法的依据是,在可见光云图和红外云图上,云和地物的值域是不同的.对每32x32个像元组成的像元阵进行直方图统计,求出区别云和地物值域的阈值.根据所求出的阈值,对每个像元阵内的逐个像元进行云判识.若某个像元在红外和可见光两个通道中的任何一个被判识成云,则该像元为云像元.当太阳高度角较低,光照条件差,云图色调很灰暗或夜间缺少可见光通道数据时,只用红外一个通道来判识云.用双通道动态阈值法对GMS5云图及除杂散光前和除杂散后的FY2B云图进行云检测,在中低纬地区白天,结合使用可见光通道和红外通道,该算法具有较好的云判识结果.但在中低纬夜间,以及高纬度仅用红外通道时,云检测的精确度降低.地表温度的降低,积雪的存在,这些因素也使得高纬度地区云检测的精确度降低.除杂散光后的FY2B云图的云检测结果优于除杂散光前的结果.表观反射率法先将待检测云图临近的七天至十天的云图进行晴空合成,通过查6S模式制成的查照表将晴空合成值反演为地表反射率,然后再查6S模式制成的另一查照表将地表反射率正演为表观反射率.将表观反射率乘以不同的系数得阈值,待检测云图的表观反射率大于阈值的像元为云像元.用表观反射率法对GMS5云图进行云检测,如果晴空合成图某区域有云覆盖,则易将被检测的云图相应区域的云误判成地表,如果某个区域的晴空合成图没有雪覆盖,而被检测云图该区域有雪覆盖,则必将雪误判成云.最后用MODIS的云检测结果对双通道动态阈值法和表观反射率法分别进行真实性检验.这两种方法在中国东部及其以东的海面上的正确率在80％左右,晴空误判率较高,云的误判率相对低,即表观反射率法和双通道动态阈值法对晴空区的判定比较严格.陆地上表观反射率法的晴空误判率明显低于双通道动态阈值法,云的误判率大致相同.海洋上表观反射率法的晴空误判率低于双通道动态阈值法,但差距较小,云的误判率大致相同.这说明表观反射率法在陆地上对晴空区的判别水平提高了.该文的研究工作表明,当不用历史资料,不知道区域先验气候值和辐射值时,双通道动态阈值法和表观反射率法均有可能获得合理的结果.

目录

文摘

英文文摘

第一章引言

1.1云检测的重要性

1.2云检测方法简介

1.2.1云检测技术的分类

1.2.2自动化的动态阈值法

1.2.3云标志模型法

1.2.4 MODIS的云检测算法

1.3本文的研究意义及内容

第二章双通道动态阈值法

2.1物理原理

2.2双通道动态聚类阈值法的工作流程

2.3参数选取的讨论

2.3.1像元阵大小对云检测结果的影响——海陆交界处和圆盘图边缘的分析

2.3.2像元阵大小的选择对云检测结果的影响

2.3.3平滑间距的选取对云检测结果的影响

2.4 用GMS-5双通道数据进行云检测的实例

2.4.1试验数据

2.4.2目视图象进行真实性检验

2.5 用FY2B双通道数据进行云检测的实例

2.5.1试验数据

2.5.2 FY2B杂散光和噪声估计的基本数理模型和算法

2.5.3杂散光图象分布特征

2.5.4去除杂散光前后的目视真实性检验

2.6讨论

2.6.1算法不成功的原因分析

2.6.2改进的算法设想

第三章6S模式定量计算表观反射率法

3.1物理原理

3.2 6S模式

3.2.1 6S模式简介

3.2.2 6S模式的敏感性实验

3.2.3建立查照表

3.3 表观反射率法的工作流程

3.4 对GMS-5可见光通道进行云检测的实例

3.4.1实验数据

3.4.2目视图象进行真实性检验

3.5讨论

3.5.1误差因素分析

3.5.2算法不成功的原因分析

3.5.3算法的改进

第四章用MODIS的云检测结果进行真实性检验

4.1资料预处理

4.1.1 MODIS云检测算法的输入和输出数据

4.1.2 MODIS和GMS5像元间的匹配

4.1.3将MODIS的云检测结果投影到GMS5图像上

4.2用MODIS的云检测结果对双通道动态阈值法和表观反射率法分别进行真 实性检验

4.3对真实性检验结果的分析

4.4小结

致谢

参考文献

附录

A.图例说明

B.附图集