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雾是一种灾害性天气现象,随着社会经济的迅速发展和人民生活质量的不断提高,雾的危害的影响越来越突出。尤其对人口密度高、城市群集中、经济发达、同时生态环境相对脆弱于长江三角洲地区,消除雾害、净化大气刻不容缓。随着卫星技术的发展和成熟,卫星资料在大雾的监测中已经突现出优势。本文利用2007年12月20日、21日和22日的资料,对长江三角洲地区大雾的监测和反演做了以下研究:
首先,介绍了MODIS1B数据和NOAA17 AVHRR数据的格式特点,应用ENVI软件和MATLAB对其进行数据提取、辐射定标、地理投影以及几何校正等预处理,裁切所研究的长江三角洲地区,为下面的雾区检测做好数据准备。
其次,雾滴的峰值直径在3~7μm之间,与中红外通道相对应。雾滴的微观物理特征决定了雾的辐射传输特性,影响了其在卫星遥感图像上的光谱特征,这些性质都能在气象卫星不同的探测通道上有不同的反映。通过对雾区、云区与下垫面在可见光、长波红外和中红外通道上的波谱廓线的深入分析,得到了三者的光谱特征。特别是在中红外通道上,雾的反射太阳辐射与峰值直径更大的云相比要大,反演得到的亮温也较大,可以通过长波红外和中红外通道组合的方式对雾和低云进行区分。根据云雾的这些光谱特性,形成云雾检测流程,对雾区范围进行提取,通过与地面观测站资料对比分析,雾区提取正确率为85.29%,误警率约为17.14%,漏检率约为14.71%。
最后,由于大雾区域雾层厚度、雾层光学厚度、地面能见度等因子是研究大雾生消、实现大雾监测的重要参数。本文在2007年12月20日雾区监测结果的基础上,对雾区的垂直厚度、光学厚度、能见度等微物理参数进行反演。提取雾区在波段31(10.78~11.28μm)的亮温,以及最近时段内相对应于雾区的晴空地表的亮温,假定云、雾区内温度随高度变化满足湿空气的绝热直减率,计算雾层垂直厚度;假设大雾在水平和垂直方向上都是均匀的,同时假设入射光各向同性,强度与方位无关,用二流近似模式简化辐射传输方程,建立简化的辐射传输模型,基于计算得到的雾区厚度、MODIS波段1(0.62-0.67μm)反射率以及相对应的晴空地表反射率等数据计算雾区光学厚度;再根据光学厚度和能见度的关系式计算雾区能见度。对所得反演结果进行校验,去除不合理的极值,得到最终反演结果图。