一种过冷水云检测方法技术

本发明专利技术公开了一种过冷水云检测方法，解决现有方法无法精确的识别冰水混合云相态下过冷水云的分布范围的问题。所述方法包括：针对待研究区域，下载历史云参数数据，组建历史样本数据；根据影像，区分历史过冷水云区域、历史非过冷水云区域，统计历史云参数数据的各种云相态出现频率，确定云相态判据、云顶温度判据、云滴有效半径判据；针对待研究区域，获取当期云参数数据，组建当期样本数据；根据云相态判据，区分云相态过冷水云区域、云相态非过冷水云区域；根据云顶温度判据，区分云顶温度过冷水云区域；根据云滴有效半径判据，区分过冷水云区域。本发明专利技术实现了快速稳定的过冷水云的检测，计算高效且适用范围广。

【技术实现步骤摘要】
一种过冷水云检测方法
本专利技术涉及卫星遥感数据云检测
，尤其涉及一种过冷水云检测方法。
技术介绍
云中温度低于0℃的液态水滴构成过冷水云，是人工降水技术中干冰、碘化银等人工冰核播撒的主要区域，其中的过冷水滴撞击飞机表面也会导致飞机积冰危害的产生。目前对过冷水云的探测方法主要有：机载粒子测量法、激光雷达、毫米波雷达法和云参数阈值法。机载粒子测量法会受到飞机积冰灾害及时空范围的限制；激光雷达和毫米波雷达衰减很大，易低估云中过冷水含量，衰减订正也较为复杂；云参数阈值法根据过冷水云独特的低于0℃液态的物理性质，利用云顶温度、相态、云水路径等云参数识别过冷水，但易混淆水云与过冷水云的分布范围。
技术实现思路
本专利技术提供一种过冷水云检测方法，解决现有方法无法精确的识别冰水混合云相态下过冷水云的分布范围的问题。一种过冷水云检测方法，包括以下步骤：针对待研究区域，下载历史云参数数据，组建历史样本数据，所述历史云参数数据包括云相态、云顶温度、云滴有效半径；根据所述待研究区域影像，区分历史过冷水云区域、历史非过冷水云区域，统计所述历史云参数数据的各种云相态出现频率，并确定云相态判据、云顶温度判据、云滴有效半径判据；针对待研究区域，获取当期云参数数据，组建当期样本数据；对所述当期云参数数据的云相态数据，根据所述云相态判据，区分云相态过冷水云区域、云相态非过冷水云区域；对所述云相态过冷水云区域的云顶温度数据，根据所述云顶温度判据，区分云顶温度过冷水云区域；对所述云顶温度过冷水云区域的云滴有效半径数据，根据所述云滴有效半径判据，区分过冷水云区域。进一步地，所述确定云相态判据、云顶温度判据、云滴有效半径判据的方法是：对所述历史过冷水云区域的云相态数据，统计各种云相态出现频率，根据过冷水云出现频率确定云相态判据；对所述历史过冷水云区域的过冷水云出现频率与云顶温度拟合第一曲线，对所述历史非过冷水云区域的非过冷水云出现频率与云顶温度拟合第二曲线，确定第一、第二曲线的交点为云顶温度判据；对所述历史过冷水云区域的过冷水云出现频率与云滴有效半径拟合第三曲线，对所述历史非过冷水云区域的非过冷水云出现频率与云滴有效半径拟合第四曲线，确定第三、第四曲线的交点为云滴有效半径判据。优选地，在针对待研究区域，下载历史云参数数据，组建历史样本数据的步骤之后，所述方法还包括：对所述历史云参数数据进行校正。进一步地，在针对待研究区域，获取当期云参数数据，组建当期样本数据的步骤之后，所述方法还包括：对所述当期云参数数据进行校正。优选地，所述对当期云参数数据的云相态数据，根据所述云相态判据，区分云相态过冷水云区域、云相态非过冷水云区域的步骤，进一步包含：对所述云相态数据的每个像元，根据所述云相态判据，确定云相态过冷水云掩膜值，满足云相态判据的像元的云相态过冷水云掩膜值为1，不满足的为0；将所述云相态数据的像元与所述云相态过冷水云掩膜值相乘，确定当期云相态冷水云区域、当期云相态非过冷水云区域。优秀地，所述对云相态过冷水云区域的云顶温度数据，根据所述云顶温度判据，区分云顶温度过冷水云区域的步骤，进一步包含：对所述云相态冷水云区域的每个像元，根据云顶温度判据，确定云顶温度过冷水云掩膜值，满足云顶温度判据像元的云顶温度过冷水云掩膜值为1，不满足的为0；将所述云相态数据的像元与所述云顶温度过冷水云掩膜值相乘，确定当期云顶温度过冷水云区域。优选地，所述对云顶温度过冷水云区域的云滴有效半径数据，根据所述云滴有效半径判据，区分过冷水云区域的步骤，进一步包含：对所述云相态数据的每个像元，根据云滴有效半径判据，确定云滴有效半径过冷水云掩膜值，满足云滴有效半径判据像元的云滴有效半径过冷水云掩膜值为1，不满足的为0；将所述云相态数据的像元与所述云滴有效半径过冷水云掩膜值相乘，确定当期过冷水云区域。进一步地，所述待研究区域的云参数数据来自AHI卫星传感器，搭载在日本Himawari-8卫星上，分辨率为5km，格式为nc格式。优选地，所述云相态判据为过冷水云出现频率大于等于5％。优选地，读取云参数数据的软件为IDL语言。本专利技术有益效果包括：本专利技术针对现有过冷水云识别算法在冰水混合相态中易混淆过冷水云与水云分布范围的问题，第一次引入云滴有效半径数据，使用卫星观测的云相态、云顶温度和云滴有效半径数据来识别过冷水云的范围。该方法不需要其他辅助数据，能够快速稳定的实现过冷水云的检测，计算高效且适用范围广，为人工影响天气、排除飞机积冰危害，进一步研究过冷水云对地气系统辐射影响提供必要的支持。附图说明此处所说明的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，构成本专利技术的一部分，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：图1为一种过冷水云检测方法流程实施例；图2为一种包含数据修正的过冷水云检测方法流程实施例；图3为一种包含过冷水云掩膜值的过冷水云检测方法流程实施例。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术具体实施例及相应的附图对本专利技术技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。目前，遥感领域对过冷水云的探测方法主要有:机载粒子测量法；激光雷达、毫米波雷达法和云参数阈值法等。国内对过冷水云的研究一般采用机载粒子测量方法，该方法大气粒子采样范围为0.1μm至6200μm，通过对云中粒子的全覆盖观测，分析云中粒子的相互转化、判断粒子的形态特征等，但会受到飞机积冰灾害及时空范围的限制。激光雷达和毫米波雷达分别利用不同相态中后向散射系数与粒子直径的关系及反射率因子、谱宽等特征，识别粒子较大、反射率因子较高且谱宽较宽的过冷水滴，以地基和机载两种角度监测过冷水云的分布范围及垂直结构特征。这种方法雷达衰减很大，易低估云中过冷水含量，衰减订正也较为复杂。云参数阈值法根据过冷水云独特的低于0℃液态的物理性质，利用云顶温度、相态、云水路径等云参数识别过冷水，但易混淆水云与过冷水云的分布范围。云滴有效半径是指云滴粒子半径的三次方之和与二次方之和的商，在水云、过冷水云及冰云中逐渐增大。日本的可见光和红外扫描辐射计(AHI)包括以下波段：0.46μm，0.51μm，0.64μm，0.86μm，1.6μmnm，2.3μm，3.9μm，6.2μm，6.9μm，7.3μm，8.6μm，9.6μm，10.4μm，11.2μm，12.4μm，13.3μm。AHI一级产品中存放基本观测数据，如反射率和黑体亮度温度等，一级产品数据的分辨率为5km。二级产品按照类型分为云产品、气溶胶产品、能量产品等，其分辨率为5km。AHI中国区域时间分辨率为10min，为连续识别过冷水云提供可能。以下结合附图，详细说明本专利技术各实施例提供的技术方案。图1为一种过冷水云检测方法流程实施例，本专利技术实施例提供一种过冷水云检测方法，包括以下步骤：步骤101，针对待研究区域，下载历史云参数数据，组建历史样本数据，所述历史云参数数据包括云相态、云顶温度、云滴有效半径。在步骤101中，本专利技术实施例所述待研究区域为中国区域，所述历史云参数数据的时本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种过冷水云检测方法，其特征在于，包括以下步骤：针对待研究区域，下载历史云参数数据，组建历史样本数据，所述历史云参数数据包括云相态、云顶温度、云滴有效半径；根据所述待研究区域影像，区分历史过冷水云区域、历史非过冷水云区域，统计所述历史云参数数据的各种云相态出现频率，并确定云相态判据、云顶温度判据、云滴有效半径判据；针对待研究区域，获取当期云参数数据，组建当期样本数据；对所述当期云参数数据的云相态数据，根据所述云相态判据，区分云相态过冷水云区域、云相态非过冷水云区域；对所述云相态过冷水云区域的云顶温度数据，根据所述云顶温度判据，区分云顶温度过冷水云区域；对所述云顶温度过冷水云区域的云滴有效半径数据，根据所述云滴有效半径判据，区分过冷水云区域。

【技术特征摘要】
1.一种过冷水云检测方法，其特征在于，包括以下步骤：针对待研究区域，下载历史云参数数据，组建历史样本数据，所述历史云参数数据包括云相态、云顶温度、云滴有效半径；根据所述待研究区域影像，区分历史过冷水云区域、历史非过冷水云区域，统计所述历史云参数数据的各种云相态出现频率，并确定云相态判据、云顶温度判据、云滴有效半径判据；针对待研究区域，获取当期云参数数据，组建当期样本数据；对所述当期云参数数据的云相态数据，根据所述云相态判据，区分云相态过冷水云区域、云相态非过冷水云区域；对所述云相态过冷水云区域的云顶温度数据，根据所述云顶温度判据，区分云顶温度过冷水云区域；对所述云顶温度过冷水云区域的云滴有效半径数据，根据所述云滴有效半径判据，区分过冷水云区域。2.如权利要求1所述的过冷水云检测方法，其特征在于，所述确定云相态判据、云顶温度判据、云滴有效半径判据的方法是：对所述历史过冷水云区域的云相态数据，统计各种云相态出现频率，根据过冷水云出现频率确定云相态判据；对所述历史过冷水云区域的过冷水云出现频率与云顶温度拟合第一曲线，对所述历史非过冷水云区域的非过冷水云出现频率与云顶温度拟合第二曲线，确定第一、第二曲线的交点为云顶温度判据；对所述历史过冷水云区域的过冷水云出现频率与云滴有效半径拟合第三曲线，对所述历史非过冷水云区域的非过冷水云出现频率与云滴有效半径拟合第四曲线，确定第三、第四曲线的交点为云滴有效半径判据。3.如权利要求1所述的过冷水云检测方法，其特征在于，在针对待研究区域，下载历史云参数数据，组建历史样本数据的步骤之后，所述方法还包括：对所述历史云参数数据进行校正。4.如权利要求1所述的过冷水云检测方法，其特征在于，在针对待研究区域，获取当期云参数数据，组建当期样本数据的步骤之后，所述方法还包括：对所述当期云参数数据进行校正。5.如权利要求1所...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡斯勒图，尚华哲，王子明，马润，
申请(专利权)人：中国科学院遥感与数字地球研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11