一种海雾检测方法与系统技术方案

本发明专利技术公开了一种海雾检测方法与系统，涉及海雾检测领域，其通过各云雾仿真模型，获取其包括的各个光谱通道在各云雾模拟环境下的反射率和亮度温度，以设计各设定云雾类型对应的判据条件，并在判别出目标海洋区域对应的云顶相态后，根据一级数据中第一通道、第二通道与第三通道的反射率利用单层水云判据条件、单层海雾判据条件、单层冰云判据条件、上层冰云下层水云判据条件与上层冰云下层海雾判据条件获取目标海洋区域对应的设定云雾类型，其突破了冰云遮挡时无法有效探测低层海雾或水云的局限，实现了对冰云之下低层水云、海雾的检测。测。测。

【技术实现步骤摘要】
一种海雾检测方法与系统


[0001]本专利技术涉及海雾检测领域，尤其涉及一种海雾检测方法与系统。

技术介绍

[0002]海雾是在海洋或沿海地区的低层大气中，由于水汽凝结而产生大量的水滴或冰晶使大气水平能见度小于1km的天气现象，会对海上的交通、作业、生产和军事活动等造成严重影响。因此，监测和预报海雾的生成发展和影响范围，为有关部门实施科学调控和管理提供依据，对防灾减灾具有重要的现实意义。由于海洋上只有少数甚至没有站点，缺乏有效观测手段，难以满足海雾监测的业务化应用。而静止卫星光谱成像仪视野广阔，能够实现海洋区域内的连续探测，为定量研究海雾生消特征和影响范围提供了有力的观测资料。然而卫星成像仪只能被动接收来自目标物反射的太阳短波辐射和地球发射的长波辐射，对大气垂直结构的探测能力存在很大的局限性，例如当高云存在于海雾之上时，信号之间会相互干扰，影响海雾检测的准确性，所以目前基于卫星成像仪的海雾检测方法只适用于单层云雾，若出现云层覆盖于雾区之上的情况，则检测结果判断为云区，无法识别出被云层遮挡的海雾。所以，目前基于卫星遥感的海雾检测技术中存在以下缺陷：当高层存在云时则无法进行海雾检测。然而，在真实大气的所有云系统中，高云(冰云)所占比例超过40％，冰云下方是否存在水云或海雾的判断一直是卫星遥感领域的难点。

技术实现思路

[0003]为了解决当高云存在于海雾之上时，影响海雾检测准确性的问题，本专利技术提出了一种海雾检测方法，包括步骤：
[0004]S1：通过卫星成像仪获取在真实云雾环境下的卫星数据，所述卫星数据中包括经纬度数据，通过经纬度数据获取卫星数据中目标海洋区域对应的一级数据与云检测数据，所述一级数据包括第一通道、第二通道、第三通道的反射率，以及第四通道、第五通道的亮度温度；所述第一通道即中心波长为0.64微米的可见光通道，所述第二通道即中心波长为1.6微米的近红外通道，所述第三通道即中心波长为2.25微米的近红外通道，所述第四通道即中心波长为8.5微米的长波红外通道，所述第五通道即中心波长为11微米的长波红外通道；
[0005]S2：基于辐射传输仿真模拟建立各设定云雾类型对应的云雾仿真模型，用于模拟卫星成像仪在各设定云雾类型下探测到的真实云雾环境，以得到各设定云雾类型对应的云雾模拟环境；所述各设定云雾类型包括：单层水云、单层海雾、单层冰云、上层冰云下层水云以及上层冰云下层海雾；所述云雾仿真模型中包括一级数据中的各个光谱通道；
[0006]S3：通过各云雾仿真模型，获取其包括的各个光谱通道在各云雾模拟环境下的反射率和亮度温度；
[0007]S4：通过各个光谱通道在各云雾模拟环境下的反射率和亮度温度设计各设定云雾类型对应的判据条件，所述判据条件包括：水相态判据条件、单层水云判据条件、单层海雾
判据条件、冰相态判据条件、单层冰云判据条件、上层冰云下层水云判据条件与上层冰云下层海雾判据条件；
[0008]S5：通过在真实云雾环境下目标海洋区域对应的一级数据与云检测数据，利用判据条件获取目标海洋区域对应的设定云雾类型，获取方法包括:
[0009]S51：根据一级数据中第四通道、第五通道的亮度温度利用水相态判据条件与冰相态判据条件,获取目标海洋区域对应的云顶相态,所述云顶相态为水相态或者冰相态；
[0010]S52：当云顶相态为水相态时，根据一级数据中第一通道与第二通道的反射率，利用单层水云判据条件与单层海雾判据条件获取目标海洋区域对应的设定云雾类型；
[0011]S53：当云顶相态为冰相态时，根据一级数据中第一通道、第二通道与第三通道的反射率，利用单层冰云判据条件、上层冰云下层水云判据条件与上层冰云下层海雾判据条件获取目标海洋区域对应的设定云雾类型。
[0012]进一步地，所述步骤S4中，通过各个光谱通道在各云雾模拟环境下的反射率和亮度温度设计各设定云雾类型对应的判据条件，包括：
[0013]通过对各云雾模拟环境下第一通道、第二通道、第三通道的反射率进行敏感性分析，获取各云雾模拟环境之间各个光谱通道反射率的差异特征，所述差异特征的获取方法为：
[0014]基于水云有效粒子半径在10至20微米之间、海雾有效粒子半径在3至5微米之间的粒子特征，以及在模拟过程中，通过各个光谱通道在各云雾模拟环境下的反射率得到的：
[0015]当光学厚度和有效粒子半径均小于对应的设定下限值时，第一通道与第二通道的反射率差值小于0，当光学厚度和有效粒子半径均大于对应的设定上限值时，反射率差值大于等于0的特征，得到：
[0016]水云粒子对应第一通道与第二通道的反射率差值大于等于阈值，海雾粒子对应第一通道与第二通道的反射率差值小于阈值的差异特征，所述阈值等于0；
[0017]在模拟过程中得到的差异特征还包括：单层冰云、上层冰云下层水云、与上层冰云下层海雾对应云雾模拟环境之间各个光谱通道反射率的差异特征；
[0018]通过水云粒子与海雾粒子对应的差异特征设定单层水云判据条件与单层海雾判据条件；
[0019]调整水云粒子与海雾粒子对应差异特征中的阈值，并通过单层冰云、上层冰云下层水云、与上层冰云下层海雾对应云雾模拟环境之间各个光谱通道反射率的差异特征，设定单层冰云判据条件、上层冰云下层水云判据条件与上层冰云下层海雾判据条件。
[0020]进一步地，所述云检测数据的数据类型包括：云、可能云、晴空与可能晴空。
[0021]进一步地，所述步骤S5中，步骤S51之前还包括：
[0022]S50：判断云检测数据的数据类型是否为“云”或“可能云”，若是，则进入步骤S51。
[0023]进一步地，所述水相态判据条件为：第五通道对应的亮度温度大于第一预设值、且第四通道与第五通道对应亮度温度的差值小于等于第二预设值；
[0024]所述冰相态判据条件为：第五通道对应的亮度温度小于等于第一预设值，或者第四通道与第五通道对应亮度温度的差值大于等于第三预设值；所述第三预设值大于第二预设值。
[0025]进一步地，所述单层水云判据条件为：第一通道与第二通道对应反射率的差值大
于等于零；
[0026]所述单层海雾判据条件为：第一通道与第二通道对应反射率的差值小于零；
[0027]所述单层冰云判据条件为：第二通道与第三通道对应的反射率差值大于第四预设值。
[0028]进一步地，
[0029]所述上层冰云下层水云判据条件为：第二通道与第三通道对应的反射率差值小于等于第四预设值；且，第一通道与第二通道对应的反射率差值大于等于第五预设值；
[0030]所述上层冰云下层海雾判据条件为：第二通道与第三通道对应的反射率差值小于等于第四预设值；且，第一通道与第二通道对应的反射率差值小于第五预设值。
[0031]进一步地，所述第一预设值、第二预设值、第三预设值、第四预设值与第五预设值依次为：238K、
‑
1K、0.5K、0.04、0.08。
[0032]本专利技术还提出了本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种海雾检测方法，其特征在于，包括步骤：S1：通过卫星成像仪获取在真实云雾环境下的卫星数据，所述卫星数据中包括经纬度数据，通过经纬度数据获取卫星数据中目标海洋区域对应的一级数据与云检测数据，所述一级数据包括第一通道、第二通道、第三通道的反射率，以及第四通道、第五通道的亮度温度；所述第一通道即中心波长为0.64微米的可见光通道，所述第二通道即中心波长为1.6微米的近红外通道，所述第三通道即中心波长为2.25微米的近红外通道，所述第四通道即中心波长为8.5微米的长波红外通道，所述第五通道即中心波长为11微米的长波红外通道；S2：基于辐射传输仿真模拟建立各设定云雾类型对应的云雾仿真模型，用于模拟卫星成像仪在各设定云雾类型下探测到的真实云雾环境，以得到各设定云雾类型对应的云雾模拟环境；所述各设定云雾类型包括：单层水云、单层海雾、单层冰云、上层冰云下层水云以及上层冰云下层海雾；所述云雾仿真模型中包括一级数据中的各个光谱通道；S3：通过各云雾仿真模型，获取其包括的各个光谱通道在各云雾模拟环境下的反射率和亮度温度；S4：通过各个光谱通道在各云雾模拟环境下的反射率和亮度温度设计各设定云雾类型对应的判据条件，所述判据条件包括：水相态判据条件、单层水云判据条件、单层海雾判据条件、冰相态判据条件、单层冰云判据条件、上层冰云下层水云判据条件与上层冰云下层海雾判据条件；S5：通过在真实云雾环境下目标海洋区域对应的一级数据与云检测数据，利用判据条件获取目标海洋区域对应的设定云雾类型，获取方法包括:S51：根据一级数据中第四通道、第五通道的亮度温度利用水相态判据条件与冰相态判据条件,获取目标海洋区域对应的云顶相态,所述云顶相态为水相态或者冰相态；S52：当云顶相态为水相态时，根据一级数据中第一通道与第二通道的反射率，利用单层水云判据条件与单层海雾判据条件获取目标海洋区域对应的设定云雾类型；S53：当云顶相态为冰相态时，根据一级数据中第一通道、第二通道与第三通道的反射率，利用单层冰云判据条件、上层冰云下层水云判据条件与上层冰云下层海雾判据条件获取目标海洋区域对应的设定云雾类型。2.根据权利要求1所述的一种海雾检测方法，其特征在于，所述步骤S4中，通过各个光谱通道在各云雾模拟环境下的反射率和亮度温度设计各设定云雾类型对应的判据条件，包括：通过对各云雾模拟环境下第一通道、第二通道、第三通道的反射率进行敏感性分析，获取各云雾模拟环境之间各个光谱通道反射率的差异特征，所述差异特征的获取方法为：基于水云有效粒子半径在10至20微米之间、海雾有效粒子半径在3至5微米之间的粒子特征，以及在模拟过程中，通过各个光谱通道在各云雾模拟环境下的反射率得到的：当光学厚度和有效粒子半径均小于对应的设定下限值时，第一通道与第二通道的反射率差值小于0，当光学厚度和有效粒子半径均大于对应的设定上限值时，反射率差值大于等于0的特征，得到：水云粒子对应第一通道与第二通道的反射率差值大于等于阈值，海雾粒子对应第一通道与第二通道的反射率差值小于阈值的差异特征，所述阈值等于0；在模拟过程中得到的差异特征还包括：单层冰云、上层冰云下层水云、与上层冰云下层
海雾对应云雾模拟环境之间各个光谱通道反射率的差异特征；通过水云粒子与海雾粒子对应的差异特征设定单层水云判据条件与单层海雾判据条件；调整水云粒子与海雾粒子对应差异特征中的阈值，并通过单层冰云、上层冰云下层水云、与上层冰云下层海雾对应云雾模拟环境之间各个光谱通道反射率的差异特征，设定单层冰云判据条件、上层冰云下层水云判据条件与上层冰云下层海雾判据条件。3.根据权利要求2所述的一种海雾检测方法，其特征在于，所述云检测数据的数据类型包括：云、可能云、晴空与可能晴空。4.根据权利要求3所述的一种海雾检测方法，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：王健捷，胡秀清，孔扬，李季，刘超，
申请(专利权)人：宁波市鄞州区气象局，
类型：发明
国别省市：