一种基于多源卫星遥感数据的沙尘暴监测方法技术

本发明专利技术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。

【技术实现步骤摘要】
一种基于多源卫星遥感数据的沙尘暴监测方法
本专利技术涉及大气环境监测
，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。
技术介绍
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。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-1)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。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3.7μm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。
技术实现思路
本专利技术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。本专利技术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，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，则沙尘识别结果为沙尘区。根据本专利技术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。根据本专利技术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。根据本专利技术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：计算中红外与热红外亮温的差值：DVmir＝T3.7-T11；其中，T3.7为3.7μm波段的亮度温度，T11为11μm波段的亮度温度，当差值DVmir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＝R1.6/R0.85；其中R1.6为1.6μm波段反照率，R0.85为0.85μm波段反照率，当比值RVnir在第二区间时，为可能的沙尘区。根据本专利技术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。根据本专利技术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。根据本专利技术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。根据本专利技术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，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：其中T11为11μm波段的亮度温度，T12为12μm波段的亮度温度，则RVfir属于第三区间时，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亮温的差值计算为：DVfir＝T12-T11；其中T11为11μm波段的亮度温度，T12为12μm波段的亮度温度，当为可能的最弱沙尘区DVfir属于第五子区间时，则为沙尘区，当为可能的弱沙尘区DVfir属于第六子区间时，则为沙尘区。根据本专利技术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，当对初始数据计算后，所述差值属于第二子区间、并且所述比值属于第四子区间，所述红外分裂窗的计算结果属于第三区间，则为沙尘区，其中，T11为11μm波段的亮度温度，T12为12μm波段的亮度温度；当对初始数据计算后，所述差值属于第一子区间、并且所述比值属于第三子区间，所述红外分裂窗DVfir＝T12-T11的结算结果属于第五子区间，则为沙尘区，其中，T11为11μm波段的亮度温度，T12为12μm波段的亮度温度；当对初始数据计算后，所述差值属于第一子区间、并且所述比值属于第四子区间，所述红外分裂窗DVfir＝T12-T11的结算结果属于第六子区间，则为沙尘区。根据本专利技术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，在得到沙尘识别结果后还包括，计算沙尘强度指数：其中R1.6为1.6μm波段反照率，T11为11μm波段的亮度温度，T12为12μm波段的亮度温度，DDI表示沙尘强度指数。通过本专利技术实施例的方法，可以更加准确的判断沙尘暴，并且可以给出准确的沙尘暴强度指数，综合利用多波段的卫星遥感数据,面向全球范围、多空间尺度、不同强度的沙尘天气，提出综合沙尘识别方法，可以有效地解决沙尘的动态监测、全球跟踪、多尺度空间定量分析等难题。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：图1所示为本专利技术实施例一种基于卫星遥感数据的沙尘暴监测方法的流程图；图2所示为本专利技术实施例一种基于多源卫星遥感数据的沙尘暴监测方法的流程图；图3所示为本专利技术实施例一种基于多源卫星遥感数据的沙尘暴监测方法的流程图。具体实施方式为使本专利技术实施例的目本文档来自技高网...

【技术保护点】
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。

【技术特征摘要】
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；计算沙尘强度指数：其中，R1.6为1.6μm波段反照率，T11为11μm波段的亮度温度，T12为12μm波段的亮度温度，DDI表示沙尘强度指数。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＝T3.7-T11；其中，T3.7为3.7μm波段的亮度温度，T11为11μm波段的亮度温度，当差值DVmir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＝R1.6/R0.85；其中R1.6为1.6μm波段反照率，R0.85为0.85μm波段反照率，当比...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗敬宁，
申请(专利权)人：罗敬宁，
类型：发明
国别省市：北京;11