星载激光雷达在基于MODIS海雾检测中的应用

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。

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1 引言

1.1 海雾的危害

1.2 当前研究现状

1.3 研究意义

2 数据资料

2.1 EOS-MODIS

2.2 CALIOP数据

2.3 现场数据

3 海雾检测

3.1 MODIS海雾检测原理

3.2 CALIOP海雾检测方法

3.3 白天海雾检测

3.4 夜间海雾检测

3.5 本章小结

4 海雾特征量的反演及MODIS检测海雾的可行性分析

4.1 海雾高度（厚度）反演

4.2 海雾能见度反演

4.3 CALIOP应用于MODIS海雾检测适用性分析

5结论与讨论

5.1 海雾检测

5.2 海雾特征量反演以及MODIS海雾检测适用性分析

5.3 讨论

参考文献

致谢

个人简历

攻读硕士期间发表的论文