融合光谱阈值与图像技术的静止卫星夜间云检测方法

针对夜间云检测问题,本文基于静止气象卫星Himawari-8影像数据,分析了云像元光谱特征与图像特征,提出了融合光谱阈值与图像技术的静止卫星夜间云检测方法,实现了静止卫星夜间云的快速、准确检测。利用MODIS云产品和CALIPSO雷达数据,对云检测结果进行定性分析与定量验证。结果表明:①云检测结果与MODIS的云产品MYD06分布基本一致;②算法夜间平均云检测精度达到80.3%;③不同季节夜间的云检测精度随季节变化较明显,夏季最高达到83.3%,可以区分不同季节夜间的云与非云区域。因此,融合光谱阈值与图像技术的静止卫星夜间云检测方法能有效实现夜间云检测,为夜间云检测应用提供了新思路。

基于FY4A静止卫星的植被NPP估算及时空分布——以多云雨山区重庆市为例

搭载光学载荷的静止卫星因其具有高频观测的特性,在缺乏有效光学数据的多云雨地区开展生态环境监测具有广泛应用前景,但至今利用静止卫星在我国西南多云雨山区开展植被NPP(net primary productivity)的监测评估还十分缺乏。以重庆市为研究区,基于FY4A静止卫星数据计算的归一化植被指数(normalized difference vegetation index,NDVI)和ANUSPLIN软件插值的气象栅格数据,使用CASA模型估算了2021年植被NPP,并分析其时空分布。FY4A-NDVI与MODIS-NDVI的验证结果表明,二者的时空一致性较好,为估算植被NPP提供了可靠的模型输入数据。FY4A-NPP与NMC-NPP、MODIS-NPP产品的验证结果均表现出较高的时空一致性,相关系数分别为0.95和0.84。基于FY4A-NPP的分析结果显示,重庆市植被NPP在年内呈先增后减的变化,在季节上表现为夏季>秋季>春季>冬季。植被NPP高值区主要集中在重庆市东北部区县,低值区分布在重庆市西部和中心城区区县。该研究结果可为静止卫星在生态环境监测方面的应用提供参考。

非对地静止卫星轨道卫星固定业务新增频率划分纳入未来大会议题

2023年世界无线电通信大会(WRC-23)通过决议在2027年世界无线电通信大会(WRC-27)设立议题,审议与使用51.4-52.4GHz频段有关的研究,以便关口地球站能够使用该频段向卫星固定业务(地对空)中的非对地静止卫星轨道系统进行发射。该议题的设立可满足未来非对地静止卫星轨道卫星固定业务(nonGSO FSS)系统使用该新划分的需求,同时将开展共用和兼容性研究对卫星地球探测(EESS)无源等现有业务进行保护。

基于风云静止卫星的飞机增雨云物理响应

利用2016—2019年9次飞机增雨作业资料及FY-2E/2G/4A气象静止卫星反演产品,采用HYSPLIT模式确定增雨影响区的方法、卫星反演产品及雷达产品分析方法,分析增雨催化后卫星反演云物理参数的响应,获取增雨催化后云物理特征及演变规律,提高气象卫星在人工增雨效果检验与评估方面的综合应用能力及效益。结果表明:对于研究中的多数增雨作业,自然变异和人工催化双重因素共同影响下的4项云物理参数在催化结束后2~3 h达到最大变化。对于9次飞机增雨作业,云顶温度、云粒子有效半径、光学厚度、液水路径、小时降水量在催化结束后3 h的平均变化值分别达到-1.44~2.09℃、-3.73~3.84μm、-5.47~3.62、-112.59~61.12 mm、-0.06~0.27 mm,半数以上作业云顶温度、小时降水量增加,半数以上作业云粒子有效半径、光学厚度、液水路径减小,个别作业降水量减少。对于不同云体,当液水分布和云系结构存在很大差异且不均匀时,增雨催化后产生的云物理变化、降水变化均存在显著差异。对于自然变异和人工催化共同影响引起的降水变化,目前难以科学完整地剔除二者分别对降水变化的影响。

基于经验模式分解和多项式拟合的静止卫星变轨预测

为了实现对具有摄动的静止卫星进行实时自动化变轨预测,基于互联网两行星历数据转换得到的经度等轨道参数,利用经验模式分解方法的尺度滤波特性去除静止卫星轨道保持等造成的精度信号小幅波动,在特定尺度上对残差分量进行多项式预测,通过将预测误差与参考噪声阈值进行比对,实时判断卫星是否变轨。实验结果表明,该算法能够对静止轨道卫星的变轨情况进行实时预测,为实现变轨自动预测指明了方向。

利用FY-2C静止卫星资料反演云粒子有效半径的试验研究

为充分发挥FY-2C静止卫星在人工影响天气和气候领域的重要作用,基于SBDART辐射传输模式,利用该卫星通道4(3.5～4.0μm)的探测数据,反演了云粒子有效半径,并与TERRA上MODIS的相应产品做了比较。结果表明,FY-2C和MODIS资料能一致地反映云粒子有效半径分布的主要特征,但反演的粒子大小存在差异。反演算法、卫星分辨率及选取通道的不同可能是造成两种资料间差异的主要原因。

利用静止卫星MTSAT反演大气气溶胶光学厚度

卫星遥感是获取气溶胶光学特性的重要手段,利用静止卫星可见光通道资料反演气溶胶光学厚度(AOD)的算法使用日本静止气象卫星MTSAT可见光通道资料反演了2008年5月中国地区陆地上的气溶胶光学厚度,将得到的结果分别与AERONET站点的地面观测值进行比较,得到了较好的线性相关关系,再将其与相应的MODIS气溶胶光学厚度产品进行比较,也得到了较为一致的分布,表明MTSAT反演的气溶胶光学厚度产品可以反映大气气溶胶光学厚度的日变化信息。最后对这种反演算法的误差来源进行了分析。

利用风云2C静止卫星可见光资料反演气溶胶光学厚度

探讨利用中国风云2C静止卫星可见光资料反演气溶胶光学厚度(AOD)的数值方法。通过计算一个月中每日同一时刻平均地表反射率来降低地表反射率估计的随机性,讨论了该方法中对清洁天AOD值的不同假设对结果的影响。将2008年5月由风云2C可见光资料反演得到的AOD产品分别与东亚6个AERONET站点的AOD产品和MODIS的AOD产品进行了比较,分析了风云2C卫星的AOD产品算法的误差来源和降低误差影响以及改善产品质量的方案。结果对比表明,在东亚地区利用风云2C可见光资料反演的AOD产品可以展示气溶胶的分布样式,但是目前的算法高估了中国西南部地区和低纬度一些地区的AOD值而低估了中国东部地区的AOD值。

Windows下静止卫星云图处理软件

使用可视化开发工具在微软Windows操作系统下开发了一套针对科研和教学使用的GMS 5静止卫星云图处理软件 ,它使用方便灵活 ,基本功能完备 ,能够完成气象研究中对静止卫星云图处理的基本要求。该软件的主要功能有 :云图叠加地图与经纬网格、亮温等值线处理、云图平均、云图数字增强、云图转存为常用格式图像文件等。

静止卫星闪电探测中云影响研究

相对已经在轨运行的极轨卫星,搭载在静止卫星上的闪电成像仪能够提供全天候、无间断的闪电探测,是目前全球卫星闪电探测的方向.本文分析云不同特性对云顶闪电信号的影响,以及云高对静止卫星闪电定位的订正分析,将对静止卫星闪电成像仪的研发及其业务化运行提供技术支撑.研究中,通过建立云中闪电传输模型,模拟云中闪电传输.由于云粒子散射,云的体积、光学厚度和形状,以及闪电在云中发生的深度,都影响云中或云间闪电信号传输到云顶的能量衰减和持续时间,其持续时间可能超过已知静止卫星闪电成像仪假设的2ms成像积分时间间隔,这样不能保证所有的闪电信号在一帧图像内探测到.但是,云粒子散射对云顶闪电的水平位置影响不大,闪电成像仪定位的云顶闪电可代表云中或云间的闪电位置.同时,在传统静止卫星图像定位模型的基础上,建立了闪电定位的云高订正模型.根据该模型,当云顶高度为10km,云高所引起的闪电定位最大误差达到经向0.5379°、纬向0.2273°,超过已知静止卫星闪电成像仪假设的地面探测单元大小,有必要进行订正.

静止卫星标称投影解析方法及其在FY2-C中的应用

通过对静止卫星在三轴椭球参数条件下地心坐标的标称投影公式推导过程,建立了经纬度到单位平面位置的可逆映射方程,其正反算公式精度可达10-20;并对大地坐标的经纬度进行了类似的推导,但标识线垂直地表而不过地心的坐标定义导致正算公式中存在角度正切的四次方项,因此反算需要采用数值解法。两组解析表达式为查照表的建立提供了直接的数学依据,相对于迭代数值计算方法而言,解析方法更便于分析投影过程的误差和畸变。围绕FY2-C卫星地面系统工程中查照表的重建,兼顾卫星图像陆地位置与主要大陆轮廓数据的投影吻合,需要对单位平面的投影进行放大和平移,并提供多组可选择的放大因子,使得经纬度到图像点映射与查照表对应值整体误差较小。建议根据实际应用的坐标系统、卫星位置参数、地球参数选择不同的匹配参数。这种方法可以应用于图像点地理位置精度要求很高但计算不是特别频繁的数据处理算法中,如相对定标和定位,但在其他算法中除了精度以外查照表还是有作用的。

静止卫星红外云图上卷云与其它云类纹理特征的比较

用灰度共生矩阵方法分析了几种卷云的纹理特征，同时探讨了卷云与中低云、积云群、积雨云纹理特征的异同和相互区分的方法．纵述分析结果，有以下主要结论：用灰度共生矩阵的纹理特征量分析ＧＭＳ云图，邻域窗口的选取以７×７为宜；ＡＳＭ、ＣＯＮ、ＣＯＲ、ＥＮＴ这四个最常用的纹理特征量中，ＡＳＭ和ＣＯＮ更为重要；依ＡＳＭ和ＣＯＮ阈值并参考红外灰度值，可区分几种薄卷云和厚卷云；将纹理特征与光谱特性结合分析，又可区分积云群、中低云、薄卷云；厚卷云（尤其是伪卷云）与Ｃｂ云团的区分，则还是应用红外—可见光双光谱特性加以判识更有效；此外，云区边界对纹理分析的结果会有很大影响．

基于静止卫星GOCI传感器的大气污染过程AOD监测

针对北京及周边地区2017年11月2～8日的一次污染过程,利用韩国静止卫星COMs1GOCI数据,对北京地区进行AOD监测.AOD反演采用时间序列迭代算法,根据地表反射率随时间慢变而大气气溶胶随时间快变的理论,采取最小值拟合的方式,获取气溶胶光学厚度数据.反演结果与地基AERONET监测结果具有很好的一致性,两者的相关系数R2大于0.89.AOD监测结果表明,GOCI传感器1次/h的监测频率,可以很好地展现北京地区大气污染过程的开始,发展及消散过程,可以展示出一天之内AOD的变化,为大气污染监测以及气候变化研究提供依据.

1995—2010年静止卫星云量数据检验和评价

对利用FY2和GMS静止气象卫星建立的东亚地区气候数据集(EAGSCDR-FY2and GMS GeostationarySatellite Climate Data Record over East Asia)进行了检验和评估,使用的检验源数据包括中国地面气候资料与国际卫星云气候计划ISCCP D2月平均云量数据集。对由上述3种不同观测手段得到的多年平均总云量的空间分布特征分析结果表明:3种资料的总云量分布形势有较好的一致性,但是在40°N以北地区,ISCCP和EAGSCDR得到的总云量在量值上高于地面观测值。用地面观测资料检验华南及长江流域EAGSCDR的云检测产品的结果表明,总的准确率为82.10%,总漏判率6.85%,总误判率为11.05%,秋冬季节准确率偏低。EAGSCDR与ISCCP云量都是由卫星资料处理得到的,二者差异主要来自算法的不同,检验结果表明,EAGSCDR中的云量产品精度优于ISCCP云量,并且其时间分辨率可达到1h,空间分辨率达到5km,由此可见,EAGSCDR的云产品比ISCCP云产品更有优势。

静止卫星闪电探测中的虚假信号滤除

静止卫星闪电探测对强对流天气的实时监测和预警具有重要意义,然而大量虚假闪电信号的存在却对闪电探测结果造成了很大影响。文章主要研究静止卫星闪电探测中的虚假信号滤除算法,以提高闪电数据分析结果的准确性。根据虚假闪电信号产生的原因和形态特征,对现有滤除算法进行系统的分析、归纳和总结。研究表明,目前的算法有各自的针对性,不同算法通常针对特定的噪声源起到过滤作用。未来发展方向,一是从仪器本身特点及其工作环境出发,探索适合于我国静止卫星闪电成像仪的虚假信号滤除算法;二是设计更加通用高效的算法,保证闪电观测的实时性和连续性;三是重视算法精度评估,并以此不断改进和完善算法。

基于Himawari-8静止卫星森林火灾识别技术研究

新一代静止气象卫星Himawari-8/9 AHI(Advanced Himawari Imager)传感器采用全圆盘扫描观测方式,常用极轨卫星Day/Night双模式火点算法不适用于AHI火点识别。本文以MODIS MOD14(MODIS Fire algorithm)火点识别算法为基础,通过分析静止卫星观测下的火点像元辐射特性和太阳中红外反射特征,确定适用于AHI的MIR/LIR火点识别因子及其动态检测阈值,并利用林业部门提供的大量实测历史火点数据校正识别因子和动态检测阈值,最终建立一种基于Himawari-8/9AHI传感器的采用中红外动态阈值的静止卫星火点识别算法模型。利用NPP VIIRS VNP14(NPP VIIRS Fire products)和JAXA EORC WLF (Wild Land Fire)火点数据,对一次兴安岭森林火灾案例中288个时次AHI全圆盘火点判识结果进行对比验证,结果表明该AHI火点识别算法准确率超过95%。根据新一代静止气象卫星Himawari-8/9AHI传感器提供的10分钟密度遥感观测数据,即可以实现森林火灾实时跟踪监测。

静止卫星小推力多圈转移轨道间接优化

本文研究了电推进平台地球静止(GEO)卫星转移轨道优化问题。在动力学模型中考虑了地球J2项摄动,基于庞特里压金极大值原理(PMP)推导了时间最优变轨控制律及其一阶必要性边界条件,采用推力幅值延拓技术和牛顿下山法对最优控制两点边值问题求解。仿真算例表明本文方法的有效性,相对已有结果性能指标可以提升5%左右。分析了静止卫星小推力多圈时间最优转移轨道要素变化特性,可供工程实际参考。

地球静止卫星精密测定轨技术的现状及发展

介绍并分析了针对地球静止卫星的各种高精度测定轨跟踪技术.指出测距系统的校正误差是常规测距跟踪网定轨在沿迹方向和法向的主要误差源,为保证一致的卫星三维位置解算精度,应利用高分辨率的角度观测约束信息来有效地降低测距偏差对轨道确定的影响,或者利用天地基联合定轨的低轨卫星运动几何在轨道改进的同时精化测距偏差.

利用静止卫星窗区红外亮温反演晴空区风场的初步研究

云导风反演明显的局限是在晴空区无法获取风场。为克服这种局限,提出利用静止卫星红外图像资料反演晴空区风场的方法——时间序列差值法,利用LOWTRAN7对其进行可行性分析,并应用云导风实验系统CW IS进行晴空区导风实验。结果表明:实验结果与NCEP资料低空风场有较好的一致性。因此,在传统的"云导风"基础上,增加晴空区卫星导风,可为卫星遥感资料在台风、梅雨和强对流等天气系统分析预报中的定量应用提供更多的卫星风矢。

静止卫星图像配准中海陆边界模板的生成方法

在使用地标进行遥感图像导航与配准时,以海陆边界为特征进行匹配操作是一种常用的方法,尤其适合昼夜图像灰度值变化剧烈的红外通道遥感图像。将海陆边界模板图像作为匹配标准,其精确性对于导航与配准的精度具有决定性的作用。针对静止卫星图像配准过程的特点,对海陆边界模板的生成方法进行研究,提出一种静止卫星图像配准中海陆边界模板的生成方法,将生成过程分为目标网格生成、全球海岸线数据库选取及查找算法3个部分,通过不断挖掘数据特点给出3种查找算法,并对各算法的精度和效率进行分析。实验结果表明,该方法生成的海陆边界模板与主流工具的生成结果有90%以上的匹配度,且算法效率较高,具有良好的应用价值。