沙漠地区FY-3D云检测算法开发及评估

【作者】 金诚； 刘超； 闵敏； 银燕；

【机构】 南京信息工程大学大气物理学院； 国家卫星气象中心；

【摘要】 云识别是卫星数据定量反演云、气溶胶等的基础,只有首先进行云检测,才能进一步得到云产品特性、地表特性等物理量。其中,沙漠地区下垫面特殊,地表反照率以及发射率较高,这为该区域的云检测增加了难度。我国目前正在研制的新一代极轨卫星"风云三号"第四颗星-"FY-3D"预计于2017年10月发射,针对其携带的第二代中分辨率光谱成像仪(MERSI-II)还没有适用的云检测算法,本文将针对MERSI-II开发基于经典的MODIS官方算法流程的云检测算法。该算法以MODIS现有产品算法为基础,基于MERSI-II进行了相应调整。MERSI-II设计含有0.47μm到12μm的25个通道,但是缺少了MODIS中用于高云检测的13.9μm和6.7μm通道,同时低云检测的亮温差测试中也少了3.9μm通道,这些通道的缺少,都为MODIS算法在MERSI-II上的应用带来了困难。本文开发了针对MERSI-II的云检测算法,并利用MODIS数据验证了其在沙漠区域的效果。由于FY-3D还没有发射运行,本文所需的"FY-3D"一级辐射数据通过提取MODIS对应相同通道下的辐射值假设得到。文中针对MERSI-II和MODIS光谱通道的差异性,研究了利用MERSI-II的光谱通道替代缺失的3.9μm通道,执行对应的亮温差测试检测低云。以2005年MODIS观测数据为基础,通过建立样本库、分析研究对象的数值分布特征等分别研究了3.8μm和4.05μm通道替代3.9μm通道的可行性。并结合MODIS原有的阈值表确定了通道替换后新的阈值。同时,本文还引入了GOES-R云检测中检测透明云与非透明云的算法,利用红外11μm、12μm通道亮温差测试弥补了高云检测的缺失。通过和MODIS结果对比,本算法在沙漠地区总体表现良好,检测结果中明确的晴空和明确的云两类与MODIS结果一致度较高,而可能的晴空和可能的云两类检测结果与MODIS符合的不是很好。通过和真彩色图进行比较可以发现,在一些个例中,本文的算法可以一定程度上弥补MODIS产品中把晴空误判为可能晴空的部分。更多还原