基于静止水色卫星的黄海日间海雾及能见度遥感分析研究

发布时间：2020-10-08 16:27

　　海雾遥感探测对海洋开发、航运安全及海洋气象研究等方面有着重要的科学意义和应用价值。随着海上活动的日益频繁,人们迫切需求高时空分辨率的海雾遥感监测产品。本文以中国近海海雾发生最频繁的黄海为研究区域,基于多年GOCI(Geostationary OceanColorImager)卫星遥感资料、沿海探空资料、浮标气象资料等数据,建立了适用于黄海日间海雾的遥感反演提取算法,并融入长时间序列卫星数据分析黄海海雾的时空分布及变化规律。在对黄海日间海雾有一定的认识后,建立基于GOCI的黄海海上能见度遥感反演算法,并对其时空分布特征进行分析。主要结论包括以下几点:(1)通过对不同地物(晴空无云海表、中高云、低云和海雾)在瑞利校正反射率Rrc(Rayleigh Corrected Reflectance)的光谱进行分析,发现不同的地物表现出光谱特征差异。结合中高云在GOCI各波段的Rrc大于海雾/低云的特性,建立中高云与海雾/低云分离的指数,初步实现两者的有效分离;同时,根据海雾与低云的水汽含量大小差异以及两者在680nm和745nm两波段的水汽吸收能力差异,建立了海雾与低云分离指数,在一定程度上能够有效的实现海雾和低云的分离;此外,建立高浑浊水体识别指数,减少高浑浊水体误判,提高了海雾算法识别精度。利用黄海沿海探空资料、浮标资料以及沿岸气象台站资料,对识别结果进行了验证,结果表明,反演算法能够有效的提取海雾信息;为了验证海雾算法的稳定性,算法被应用到海雾的长时间实时监测,结果显示遥感算法具有良好的稳定性以及对于动态监测的开发潜力;同时,通过与国家气象台发布的海雾监测报告比较,体现GOCI数据高分辨率的优势;最后,利用成山头气象站多年气象资料计算多种统计指标,对海雾算法进行了精度评估,准确率达72.2%。(2)在海雾提取结果的基础上,优化已有能见度模型,建立了黄海海上能见度遥感反演耦合算法。针对海雾像元,基于已有雾区能见度反演模型,通过改进其输入参数,建立适用于雾区的能见度反演模型;而针对晴空像元,在GOCI气溶胶光学厚度产品的基础上,利用Peterson的反演模型,建立适用于晴空像元的能见度反演模型;最后,结合浮标能见度数据,验证算法的适用性,总体分类精度达76.7%,Kappa系数为68%,说明GOCI算法具有估计黄海海上大气水平能见度的潜力。(3)利用建立的黄海海雾遥感提取算法,反演获取2012-2016年逐时海雾提取结果。基于GOCI的逐时高时间分辨率,提出了新的黄海日间海雾雾频指数定义,结果表明:研究时段内的黄海海雾年际变化显著,在海雾雾频较多的年份,高值中心主要分布于西朝鲜湾沿岸至白翎岛以南江华湾海域、山东半岛东南沿海、江苏沿岸、黄海中东部和长江口以东海域;黄海海雾自4月开始,7月结束,6月的长江口以东海域雾频达到全年最高,进入8月黄海海雾雾频迅速减小,雾季终止。黄海雾季海雾在08-09时海雾雾频最大,最小出现在13-14时,15时再次增加。影响海雾的环境要素包括海-气温差、海表风场配置以及海流等。(4)利用建立的能见度算法对2012-2016年的黄海海上能见度进行反演,并系统的分析了黄海能见度的时空分布特征。总体上黄海海上能见度呈现出近岸低、离岸高的特征,且黄海西部的能见度优于黄海东部,在径向呈现出两边高,中间低的特征。同时,能见度的年际变化与海雾雾频分布有着密切联系。黄海海上平均能见度在夏季(6-8月)达到全年最高13.6km,最低值出现在冬季(12月-2月)为5.7km,春季(3-5月)为7.8km,秋季(9-11月)为8.8km。能见度的最大值出现在8月份为17.5km,而最小值在2月为5.2km。黄海能见度低值一般在08-09时,峰值出现在15时。
【学位单位】：南京信息工程大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2017
【中图分类】：P732
【部分图文】：

布图,台站

图２．１研究区域及探空台站及浮标站位分布图逡逑１６逡逑

顺序图,采样顺序,遥感影像,卫星数据

是以朝鲜半岛为中心，中心经纬度为东经１３０°，北炜３６°，覆盖韩国、朝鲜、日本、俄逡逑罗斯及中国约为２５００ｋｍｘ２５００ｋｍ范围的海洋环境，包括我国黄海、渤海及东海部分海逡逑域（图２．２）。整幅遥感影像分为１６个子区域，采样顺序依据图中黄色箭头顺序进行。逡逑ＧＯＣＩ的空间分辨率为５００ｍ，时间分辨率为ｌｈ，从北京时间０８：邋１５－１５：邋１５，提供每小逡逑时一景遥感影像。ＧＯＣＩ处于地球同步静止轨道，能够在同一天对某一地区进行多次监逡逑测，减少了由于中高云覆盖对数据造成的误差或数据缺失；此外，其高频率的逐时监测逡逑能力，有利于观察东北亚海域海洋环境的实时状态、能够及时有效的处理突发事件并预逡逑测短时间尺度的海岸带的海洋环境变化［４９］，具有良好的发展前景。逡逑ＧＯＣＩ传感器共设置有８个波段，其光谱范围包括４００－９００ｎｍ，共含６个可见光波逡逑段以及２个近红外波段，具体的卫星参数及性能见表２．１及表２．２。ＧＯＣＩ的可见光波段逡逑主要应用于水体光学的研宄

采样顺序,现场图,卫星数据,浮标

ｌｌ＿邋ＩＩ５．ＣＫ）邋１２０，００逦１２５．００逦１３０，００逦１３５．００逦１４０，００逦１４５．００逦１５０．０Ｃ逡逑Ｌｏｎｇｉｔｕｄｅ邋（ｄｅｇ）逡逑图２．２邋ＧＯＣＩ卫星数据覆盖范围示意图（引自［４９］），整幅遥感影像分为１６个子区域，采样顺序依据逡

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