[发明专利]一种基于面向对象分类的白天陆地辐射雾的遥感监测方法

说明书

技术领域

本发明涉及测绘遥感技术领域，具体是一种基于面向对象分类的白天陆地辐射雾遥感监测方法。 

背景技术

雾是一种严重的灾害性天气，已被国际上列为十大灾害天气之一。2014年1月4日，中国国家减灾办、民政部通报2013年自然灾情，雾霾首次被国家纳入自然灾情。2013年，我国中东部地区雾霾严重，雾霾天气多发、频发。其中1-3月、9-12月雾霾天气尤其严重。根据《中华人民共和国气象行业标准：雾的等级及预报》，雾是近地面空气中的水汽凝结成大量悬浮在空气中的微小水滴或冰晶，导致水平能见度低于1千米的天气现象。按其物理本质来说，雾是气温低于露点时近地面层空气中水汽凝结（或凝华）的结果，其所具有的微物理结构特性造成了它极易降低空气透明度、恶化能见度，使视力受阻、视野模糊。浓雾不像地震、火山爆发、洪水等突发性灾害在短时间内对人类造成巨大的伤害，也不像风雨雷电那样让人惊心动魄，而是以“温柔杀手”的形式给社会经济和人民生活带来许多的不利影响和危害，它会降低能见度、恶化空气质量，对交通运输包括航空、航海、公路等都有直接影响。此外大雾对电力设施安全、人体健康、农业生产、军事行动、名胜古迹保护等方面也有显著影响。根据《国家气象灾害应急预案》、《江苏省气象灾害评估管理办法》、《武汉市气象灾害 防御办法》（征求意见稿）等国家级和区域级的气象灾害应急标准，针对我国部分地区日益严重的雾霾污染情况，持续性大范围高污染的雾现象需要在第一时间发现并及时进行评估和预警。 

传统的大雾监测方法是基于地面观测站点的监测，通过建立固定的监测站点、瞭望塔等方式在获取雾信息方面能够取得一定的效果，但是需要耗费大量的人力物力，特别是在偏远地区难以达到满意的效果；也难以迅速获取大范围的雾资料。地面观测站点提供的数据往往缺乏代表性，数值天气预报模型经过几十年的发展目前也取得了一定的进展，但是无论是二维还是三维模式在空间分辨率和时间分辨率方面都很难满足实际应用的需要，而且数值预报模型方法难以完全模拟大气演变，在精度和效率上也无法达到准实时雾监测的需求。 

遥感技术成了及时发现大雾和评定雾等级的有效途径。卫星监测大雾是在高频率的监测中掌握大雾的发生和发展动态，特别是边远地区的大雾发现、跟踪监测有重要意义。目前，利用卫星遥感技术进行大雾监测取得了一定进展，美国航空航天局、德国宇航局、中国国家卫星气象中心等机构都成立了卫星遥感大雾监测相关部门，对大雾进行监控，主要是利用NOAA/AVHRR气象卫星，MODIS气象卫星，MSG/SEVIRI气象卫星、FY气象卫星等。 

NOAA/AVHRR数据是目前大雾遥感监测运用最广泛的数据源之一。1973年Hunt在理论上证明了由小粒径不透明水云（如雾、低层云）在中红外波段的比辐射率明显小于其在长波红外波段的比辐射率，而且这种差异和粒子大小有关，粒子越小，比辐射率的差异越大， 比辐射率的差异会造成云雾在中红外和长波红外波段亮度温度的差异，而其他地物（水体、植被）却没有这种性质。随后，Eyre等，Turner等利用NOAA/AVHRR数据10.8微米和3.7微米波段的亮度温度差（也称为“双波段差值法”）进行夜间雾和低层云的监测工作，发现该方法有较好的应用前景，该方法也是目前唯一用于业务化夜间雾监测的方法。同时，Saunders和Gray发现相比其他云类，由小粒径组成的云（如辐射雾）在中红外波段有比较高的反射率，利用反射率的差异可以进行雾监测。 

现有的白天陆地辐射雾遥感监测方法主要包括多波段阈值法和分形纹理法。多波段阈值法通过利用大气辐射传输模型模拟云雾辐射特征，确定云雾的特征波段，并设定阈值进行云雾检测。分形纹理法利用卫星云图上雾顶光滑、起伏较小、边界清晰整齐，而云顶具有纹理粗糙，起伏较大，边界破碎零乱等特点，采用分形理论描述云雾在灰度表面纹理粗细上的差异，并设定阈值进行云雾分离。