一种基于多源卫星遥感数据的沙尘暴监测方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及大气环境监测技术领域，特别是关于一种基于多远卫星遥感数据的沙 尘暴监测方法。
【背景技术】
[0002] 沙尘暴是由特殊的地理环境和气象条件所致的一种较为常见的自然现象，主要发 生在沙漠及其临近的干旱与半干旱地区，北非、中东、中亚及南亚、东亚、北美、澳大利亚是 世界主要沙尘暴发生区，我国西部地区是中亚沙尘暴区的一部分，北部地区是东亚沙尘暴 区的一部分。沙尘暴的频繁发生是环境恶化的重要标志之一，沙尘暴是一种气象灾害，也是 严重的生态环境问题。按照气象学定义，沙尘天气一般分为强沙尘暴、沙尘暴、扬沙和浮尘 等4个强度级别。
[0003] 先进的卫星遥感平台，是沙尘暴监测的重要手段，地基观测受时空条件限制，无法 形成全覆盖、快速、同一标准的沙尘暴监测。当前，具有多光谱波段数据获取能力的卫星平 台有中国风云一号（FY-I)系列、中国风云二号（FY-2)系列、中国风云三号（FY-3)系列、美 国NOAA系列、美国EOS/MODIS系列、欧洲METOP系列等。这些卫星平台，为沙尘暴的监测提 供丰富的数据资源，大多具备了适合沙尘暴监测的光谱波段，可以实现沙尘暴信息的准确 识别和定量计算。
[0004] 目前，基于卫星遥感的沙尘暴识别方法包括：红外分裂窗差值算法，它较早的给出 沙尘定量识别的思路；利用3. 7 μπι中红外波段对于沙尘特殊的反射辐射特性，结合多波段 数据的沙尘识别方法；基于卫星影像增强的查找表方法等。以上方法可以部分解决沙尘识 别问题，但都具有明显的局限性，缺乏真正的定量计算能力，不能很好的适应全方位的沙尘 监测需求。
【发明内容】
[0005] 本发明正是考虑到现有技术中沙尘监测方法的不足和缺陷，提出了面向全球覆 盖、全天候、多尺度、多源数据的综合沙尘遥感识别方法，适合全球范围的一致性监测，对于 强沙尘暴、一般沙尘过程和弱浮尘都有很好的适应性，可以应用于实时监测。同时，根据沙 尘识别结果，给出了沙尘强度指数的计算方法，使沙尘的定量监测成为可能。
[0006] 本发明实施例提供了一种基于卫星遥感数据的沙尘暴监测方法，包括，
[0007] 获得卫星探测的初始数据；
[0008] 计算初始数据中近红外和可见光反照率的比值，并计算初始数据中红外与热红外 亮温的差值；
[0009] 对所述初始数据进行红外分裂窗两个波段的亮温计算；
[0010] 若所述比值、差值和红外分裂窗亮温计算结果均在相应的区间内，则沙尘识别结 果为沙尘区。
[0011] 根据本发明实施例所述的一种基于卫星遥感数据的沙尘暴监测方法的一个进一 步的方面，在获得卫星监测的初始数据之中还包括，对多源卫星遥感数据进行重采样和插 值处理，对重叠区域进行时空融合处理，使用太阳高度角余弦公式滤除太阳高度角大于 70°的多源遥感数据。
[0012] 根据本发明实施例所述的一种基于卫星遥感数据的沙尘暴监测方法的再一个进 一步的方面，在计算初始数据中近红外和可见光反照率的比值，并计算初始数据中红外与 热红外亮温的差值之前还包括，使用热红外波段亮温进行基本阈值判识，当热红外波段亮 温大于阀值时为可能的沙尘区。
[0013] 根据本发明实施例所述的一种基于卫星遥感数据的沙尘暴监测方法的另一个进 一步的方面，在计算初始数据中近红外和可见光反照率的比值，并计算初始数据中红外与 热红外亮温的差值中还包括：
[0014] 计算中红外与热红外亮温的差值：
[0015] DVmir= T 3.7_Tn；
[0016] 其中，Τ3.Α3.7μπι波段的亮度温度，T11为Ilym波段的亮度温度，当差值DV mi, 在第一区间内时，为可能的沙尘区；
[0017] 计算近红外和可见光反照率的比值：
[0018] RVnir -R ι.θ/^ο. 85；
[0019] 其中Rh6为1. 6 μ m波段反照率，R。.85为0. 85 μ m波段反照率，当比值RV ni,在第二 区间时，为可能的沙尘区。
[0020] 根据本发明实施例所述的一种基于卫星遥感数据的沙尘暴监测方法的另一个进 一步的方面，所述第一区间还分为第一子区间和第二子区间，所述第二区间还分为第三子 区间和第四子区间。
[0021] 根据本发明实施例所述的一种基于卫星遥感数据的沙尘暴监测方法的另一个进 一步的方面，先计算中红外与热红外亮温的差值，再计算近红外和可见光反照率的比值，当 所述差值属于第二子区间时，所述比值属于第四子区间，则为可能的强沙尘区；当所述差值 属于第一子区间时，所述比值属于第三子区间或者属于第四子区间，则为可能的弱沙尘区。
[0022] 根据本发明实施例所述的一种基于卫星遥感数据的沙尘暴监测方法的另一个进 一步的方面，先计算近红外和可见光反照率的比值，再计算中红外与热红外亮温的差值，当 所述比值属于第四子区间时，所述差值属于第二子区间，则为可能的强沙尘区；当所述比值 属于第三子区间时，所述差值属于第一子区间，则为可能的最弱沙尘区，所述差值属于第二 子区间，则为可能的弱沙尘区。
[0023] 根据本发明实施例所述的一种基于卫星遥感数据的沙尘暴监测方法的另一个进 一步的方面，对所述初始数据进行红外分裂窗两个波段的亮温计算进一步包括，
[0024] 当为可能的强沙尘区时，对所述初始数据进行红外分裂窗亮温的比值计算为：
【主权项】
1. 一种基于卫星遥感数据的沙尘暴监测方法，其特征在于包括， 获得卫星探测的初始数据； 计算初始数据中近红外和可见光反照率的比值，并计算初始数据中红外与热红外亮温 的差值； 对所述初始数据进行红外分裂窗两个波段的亮温计算； 若所述比值、差值和红外分裂窗亮温计算结果均在相应的区间内，则识别结果为沙尘 区。
2. 根据权利要求1所述的一种基于卫星遥感数据的沙尘暴监测方法，其特征在于，在 获得卫星探测的初始数据之中还包括，对多源卫星遥感数据进行重采样和插值处理，对重 叠区域进行时空融合处理，使用太阳高度角余弦公式滤除太阳高度角大于70°的数据。
3. 根据权利要求1所述的一种基于卫星遥感数据的沙尘暴监测方法，其特征在于，在 计算初始数据中近红外和可见光反照率的比值，并计算初始数据中红外与热红外亮温的差 值之前还包括，使用热红外波段亮温进行基本阈值判识，当热红外波段亮温大于阀值时为 可能的沙尘区。
4. 根据权利要求1所述的一种基于卫星遥感数据的沙尘暴监测方法，其特征在于，在 计算初始数据中近红外和可见光反照率的比值，并计算初始数据中红外与热红外亮温的差 值中还包括： 计算中红外与热红外亮温的差值： DVmir= T 3.7-Tn; 其中，T3.A 3.7 μπι波段的亮度温度，T11为Ilym波段的亮度温度，当差值DVmi,在第 一区间内时，为可能的沙尘区； 计算近红外和可见光反照率的比值： RVnir - R 1.6,R〇. 85; 其中R1.6为1. 6 μ m波段反照率，R α 85为0. 85 μ m波段反照率，当比值RV也在第二区间 时，为可能的沙尘区。
5. 根据权利要求4所述的一种基于卫星遥感数据的沙尘暴监测方法，其特征在于，所 述第一区间还分为第一子区间和第二子区间，所述第二区间还分为第三子区间和第四子区 间。
6. 根据权利要求5所述的一种基于卫星遥感数据的沙尘暴监测方法，其特征在于，先 计算中红外与热红外亮温的差值，再计算近红外和可见光反照率的比值，当所述差值属于 第二子区间时，所述比值属于第四子区间，则为可能的强沙尘区；当所述差值属于第一子区 间时，所述比值属于第三子区间，则为可能的最弱沙尘区，所述比值属于第四子区间，则为 可能的弱沙尘区。
7. 根据权利要求5所述的一种基于卫星遥感数据的沙尘暴监测方法，其特征在于，先 计算近红外和可见光反照率的比值，再计算中红外与热红外亮温的差值，当所述比值属于 第四子区间时，所述差值属于第二子区间，则为可能的强沙尘区；当所述比值属于第三子区 间时，所述差值属于第一子区间，则为可能的最弱沙尘区，所述差值属于第二子区间，则为 可能的弱沙尘区。
8. 根据权利要求6或7所述的一种基于卫星遥感数据的沙尘暴监测方法，其特征在于， 对所述初始数据进行红外分裂窗两个波段的亮温计算，进一步包括， 当为可能的强沙尘区时，对所述初始数据进行红外分裂窗比值计算为： (0-12-1.0)/ _L0)n0>0 RVfh = e /Jil ; 其中T11为Ilym波段的亮度温度，T12为12 μ m波段的亮度温度，则RVf Ji于第三区 间时，则为沙尘区； 当为可能的最弱沙尘区和弱沙尘区时，对所述初始数据进行红外分裂窗差值计算为： DVfir= T 12-T11； 其中T11为11 μ m波段的亮度温度，T 12为12 μ m波段的亮度温度，当为可能的最弱沙尘 区DVfJl于第五子区间时，则为沙尘区，当为可能的弱沙尘区DVfJl于第六子区间时，则 为沙尘区。
9.根据权利要求1所述的一种基于卫星遥感数据的沙尘暴监测方法，其特征在于，在 得到沙尘识别结果后还包括，计算沙尘强度指数： DDI^((cil<!· !ΙΓ?-1.())^1().())*/1" ^rl0m0*10.0； 其中Rh6为1.6 ym波段反照率，T ^为I Iym波段的亮度温度，T12为12 ym波段的亮 度温度，DDI表示沙尘强度指数。
【专利摘要】本发明涉及大气环境监测技术领域，特别是关于一种基于多源卫星遥感数据的沙尘暴监测方法，用于更加准确的对沙尘进行监测，包括获得卫星探测的初始数据；计算初始数据中近红外和可见光反照率的比值，并计算初始数据中红外与热红外亮温的差值；对所述初始数据进行红外分裂窗两个波段的亮温计算；若所述比值、差值和红外分裂窗亮温计算结果均在相应的区间内，则识别结果为沙尘区。
【IPC分类】G01S17-95
【公开号】CN104635242
【申请号】CN201510084424
【发明人】罗敬宁
【申请人】罗敬宁
【公开日】2015年5月20日
【申请日】2015年2月16日