NOAA气象卫星云检测方法研究-卫星图像.docx

?

?

NOAA气象卫星云检测方法研究

卫星图像-论文网

?

?

论文摘要：目前，NOAA卫星的热红外通道已经被广泛应用到反演陆表温度领域，且在此反演研究中，理论研究以及实践阶段均已取得可喜的成果；但对于把海面和陆面组合整体利用同一种模型来反演大陆海岸线的参数这一问题，目前还未找到有效的解决办法。本论文通过对海表除云的概括，分窗口技术的探讨和在海陆边界温度反演中对几个重要参数的确定的新探索，联系几种不同方法温度反演的结果进行分析和比较，得出反演结果的正确性和方法的可行性。

论文关键词：数字图像处理,方差,均方差,卫星图像

遥感有着高效、快捷且不受时间空间限制的特点，被广泛应用于农、林、地、矿、军事等诸多领域。通过卫星遥感技术获得的地球表面客体或事物的卫星遥感图像也越来越多地应用在地球资源的调查、自然灾害预测预报环境污染监测、气象卫星云图处理以及用于军事目的的地面目标识别等各个方面。有着遥感作用的NOAA气象卫星的运行周期短、覆盖面广，目前正广泛受到人们的关注，并作用于农业估产、林火监测、渔况预报、城市热岛等方面。但是，NOAA卫星图像数据的使用效率并不高，再加上云的存在，使卫星资料反演的各种参数出现误差，而对于同一幅NOAA卫星图像中的薄云和浓云的处理目前还未见到很适用算法，所以，研究时效性的除云算法在军事、环境、气候、自然灾害等领域有重要的意义和研究价值。

1云检测方法

根据同一卫星图像，它在各个分量上的水汽、二氧化碳、一氧化碳、甲烷等气体据有相同的属性参数，截取目标区域图像和该区域附近的无云样品区域进行处理。

由于云是不稳定因子，它随时间和空间变化而变化，即不同季节云的反射率和亮温不同，不同空间高度云的反射率和亮温又有所不同。因此，要能较好地识别云区范围就要了解它的空间和时间分布特性，并采用行之有效的方法来解决这个难题。然而鉴于不同的云相对于植被、土壤、水域等不同下垫面在可见光和近红外波段具有较高的反射率，而在热红外波段由较低的亮温，这就给我们判云带来了有利条件。针对与所选用的热红外通道，我们采用了以下几种方法进行了检测云。

1.1单通道探测值阈值检测

任取NOAA气象卫星的某一通道图像资料，并给定一个云区灰度阈值，凡高于该阈值的像元皆为云。

1.2可见光和近红外通道反射率阈值检测

计算可见光和近红外通道图像的反射率，给定反射率阈值，凡高于该阈值的为云。

1.3红外通道温度阈值检测

运用普朗克公式计算红外通道的亮温和温度，设立温度阈值，凡低于该阈值的为云。

2除云方法讨论

云检测的目的是找出云影响的测量值，回归晴空测量值后用于计算海面温度。云检测是基于观测目标自身的特性，比如，海面温度梯度变化不大；在红外和可见光波段中，海面较云顶有较高的温度和低得多的反射率；海面和云顶在不同红外窗区通道反射率上的差异等，推测出有云影响的数据。

在气候变化中，云与辐射起着关键的作用，云层影响着地球的辐射收支地球表面温度以及气候变化趋势。遥感图像处理中，与覆盖时最常见的噪声之一，它不仅对图像的处理带来诸多困难。

2.1国外遥感温度研究

从70年代开始，研究者开始尝试从机理方面着手研究亮温与地表温度的关系。由于卫星获得的亮温是由大气顶层接收的辐射亮度值换算而成的，而大气对遥感器接收地表信息的影响较大，所以早期的研究主要集中于大气辐射校正上。到目前为止，己经研究出很多辐射校正方法，但是这些方法大部分都需要其它气象数据的支持，比如不同高度的大气湿度等。

大气校正方法比较烦琐，后来有的学者基于相邻波段大气吸收特性提出了一种全新的方法，直接运用两个波段的亮温数据去推算地表的温度。这就是一种比较简单有效的温度反演方法，即分窗口技术法(Split-windowTechnology)，该方法可在少量的地表参数支持下从气象卫星数据反演出地表温度。目前温度反演研究主要集中在NOAA卫星图像的热红外波段。

2.2国内遥感温度研究

国内在遥感地表温度研究中主要采用的还是数理统计方法，此后沿袭这些研究思路和研究方法，特别是中国科学院遥感应用研究所在土壤水分方面进行了大量的研究，但是作为其中最为重要的参数之一的地表温度的研究却进展不大，没有跟上国际上由数理统计研究取得的结果。

北京大学学者提出了一种新的改进分窗口技术方法，该方法的特色之处在于引入相邻像元的概念。研究者给定了两种情况下的温度反演法，第一种情况是假设地表辐射率已知，然后运用迭代反演方法求解地表温度。该方法模拟结果与其它共5种模型结果分析比较，精度有较大的提高。第二种情况是地表辐射率未知，来反演地表温度与辐射率。这时采用双通道双像元法去求解相应的参数。通过模拟计算取得了较好的精度，在大气廓线总水汽含量误差小于10%时，反演的温度均方根误差0.7。辐射率均方根误差0.013，地表辐射项的均方根误差小于0.6%