基于TRMM VIRS可见光和红外五通道的白天云检测方案

热带测雨卫星(Tropical Rainfall Measuring Mission,TRMM)积累的从可见光到微波的多光谱云和降水辐射信息,为全球尺度云和降水参数反演研究提供了宝贵资料。云/晴空识别作为反演流程中的关键一环,对反演结果准确度起到决定性的作用。利用可见光/红外扫描仪(visible and infrared scanner,VIRS)提供的五通道辐射通量观测,提出一种可依靠TRMM平台观测资料独立实现的白天云检测方案.此方案由地形识别、二维表云检测和决策树云检测三个基本步骤构成,检测结果分为无云覆盖、部分云覆盖和完全云覆盖三种.与MODIS云产品的对比结果表明,非冰雪下垫面云检测精度较高,云量均值差异低于5%。特别对于冰雪下垫面,结合使用1.6μm反射率以及3.7μm和10.8μm亮温信息,利用阈值法对冰雪覆盖的晴空像素和真实云像素实现了较好的分离.利用该云检测方案,仅借助TRMM平台可见光和红外多通道资料即获得可信的云/晴空识别,这将为基于TRMM卫星多仪器融合资料的云和降水参数反演等相关研究带来方便。

夏季热带及副热带降水云可见光/红外信号气候分布特征

通过融合热带测雨卫星(TRMM)测雨雷达和可见光/红外扫描仪十年的探测结果,利用PR对降水云的直接识别,分析研究了夏季热带和副热带地区降水云及层状降水云和对流降水云的可见光0.63μm与红外10.8μm通道信号的气候特征。研究结果表明热带辐合带(ITCZ)、南半球辐合带(SPCZ)、亚洲季风区、热带非洲、北美及南美热带地区降水云的0.63μm通道平均反射率均大于0.5,最大平均反射率可达0.7以上,且降水云平均反射率在陆面高于洋面;热带和副热带非降水情况的0.63μm通道的平均反射率量值变化于0.1～0.4之间。夏季热带和副热带95%以上的对流降水平均反射率超过0.5,而只有50%层云降水的平均反射率超过0.5。夏季亚洲季风区、ITCZ、SPCZ、热带非洲降水区域的10.8μm通道平均辐射温度低于250 K,而非降水情形的平均辐射温度高于280 K;热带非洲、青藏高原、中美洲及热带东太平洋对流降水的10.8μm通道平均辐射温度多低于230 K,而在东北和东南太平洋、北部非洲和南部非洲、南美陆面的大部分地区层云降水该通道的平均温度在280～290 K之间。研究结果还表明降水情形下,热带东半球热辐射温度比西半球温度偏低约10 K,相应东半球的0.63μm通道平均反射率也高于西半球。

基于PR和VIRS融合资料的东亚台风和非台风降水结构分析

借助JAXA/EORC 热带台风数据集资料，实现了台风区和非台风区的分离，在此基础上，利用热带测雨卫星搭载的测雨雷达和可见光/红外扫描仪的融合观测资料，对1998～2007年东亚雨季台风及非台风降水的气候特征和降水云红外信号特征进行了分析。结果表明：1）东亚台风降水强度谱较非台风降水谱更宽，特别是对流降水主要分布在5～20 mm/h之间；强降水更多，主要分布在东亚洋面。2）雨季东亚降水的主要形式是非台风层云降水，但台风降水对局地降水量的贡献也不容忽视，例如台湾以东附近洋面可达20%。3）台风降水云亮温海陆分布差异显著；其雨顶高度在4～9 km（层云）和4.5～12.5 km（对流）之间均有分布，较非台风降水雨顶高度谱更宽。4）不同等级的台风在降水强度、覆盖区域和云顶10.8μm亮温分布上差异大。

用于监视植物的多光谱扫描仪

美国肯尼迪航天中心研制出一种能在各种照明条件下获取植物光谱图像的多光谱扫描仪。该多光谱扫描仪有两种用途：监视植物的正常生长状况和植物的转基因状况。在监视正常生长状况应用中，当植物受全光谱可见光和近红外光照射时，该扫描仪能够获取反映植物正常生长状况的反射光谱特征。在转基因监视应用中，当植物受蓝光和紫外光照射时．该扫描仪则能够获取一种可反映转基因结果的绿色荧光蛋白质的荧光图像。

北半球夏季热带和副热带昼间云粒子有效半径廓线特征的分析

云粒子有效半径是云微物理中的重要参数,准确获取云粒子有效半径的分布特征对分析云形成、降水及灾害性天气预报、地气辐射收支等都具有重要意义。利用1998~2012年6~8月(夏季)热带测雨卫星(Tropical Rain Measuring Mission,简称TRMM)搭载的可见光/红外扫描仪(Visible and Infrared Scanner,简称VIRS)的探测资料,分析了夏季热带和副热带地区云粒子有效半径的空间分布和廓线特征。结果表明云粒子有效半径在空间上分布不均匀,粒子尺度分布在5~30μm之间,局部尺度可达30μm以上,并且洋面的云粒子有效半径相比陆面的云粒子有效半径更大;标准差多分布在2~10μm之间,但局部可达10μm以上。不同区域的云粒子有效半径垂直廓线分布表明,随着亮温的降低,云粒子有效半径先增后减;对于小的云粒子有效半径,洋面比陆面的云粒子有效半径廓线大,且北半球副热带比南半球副热带的云粒子有效半径廓线大;对于大的云粒子有效半径,各区域间的云粒子有效半径廓线差异较小;云粒子有效半径标准差廓线分析表明,小粒子、适中粒子和大粒子的标准差大值分别位于冰云、混合云和水云区。本研究结果为模式模拟热带和副热带区域云中粒子有效半径分布特征提供了观测依据。

TRMM/VIRS热红外通道陆地大气可降水汽总量分裂窗反演

大气水汽对全球以及区域气候变化有重要的影响,精确获取水汽数据是非常重要的研究方向。TRMM(热带降雨观测计划)卫星上搭载的VIRS传感器(可见光/红外扫描仪)在降雨观测中应用广泛,但是目前很少有研究将其用于水汽反演。本文尝试使用VIRS的两个红外分裂窗通道(10.8μm和12μm),通过建立改进的方差协方差比值分裂窗方法进行水汽反演。首先对TRMM/VIRS数据和方差协方差比值法进行了介绍,接着针对VIRS数据特点,利用MODTRAN辐射传输模式和探空大气廓线数据模拟回归了大气透过率和水汽的定量关系,最后利用VIRS遥感数据开展了水汽反演试验。由于红外波段分裂窗水汽反演算法只适合于晴空条件下,因此在云雨识别的时候,为了保证时空一致性,采用TRMM提供的基于微波成像仪TMI的云中液态水信息来对晴空与否进行判断。水汽反演结果首先与地基GPS大气水汽观测值进行了比较,均方根误差为5.76 mm;其次和MODIS卫星水汽反演结果进行了面状对比,二者显示出了高度的区域一致性。验证结果表明,TRMM/VIRS的水汽反演结果精度较高,具有进行业务化推广的潜力,丰富了水汽数据的来源,同时也对利用风云系列卫星传感器数据进行热红外通道的水汽反演具有借鉴意义。

TRMM卫星和全球降雨观测计划GPM及其应用

全球变暖和气候变化影响全球水循环,从而导致异常天气,如频繁的大雨和干旱。热带降雨观测卫星TRMM和全球降雨观测计划GPM是进行全球尺度的降雨观测的国际卫星观测计划,对全球变化研究具有很大作用。首先介绍了热带降雨观测卫星TRMM的概况及其5个有效载荷,即降雨雷达、可见/红外扫描仪、微波成像仪、云和地球辐射能量探测器以及闪电成像仪;接着介绍了即将于2007年发射的全球降雨观测计划GPM;最后介绍了TRMM卫星的应用。

海洋水色遥感器发展趋势初探

海洋水色遥感技术是近年兴起的海洋探测技术。它通过各种遥感平台上的探测器对海洋表面的水色进行探测,反演出海洋水体中的叶绿素浓度、泥沙含量及黄色物质浓度,进而得到关于海洋的各种信息。本文介绍了未来几年的星载海洋水色遥感器,并将其与第二代海洋水色遥感器进行了初步对比,对其未来的发展趋势进行了展望。

用于电力线巡检的大型无人直升机多传感器系统集成设计

基于电力线路安全巡检需要,设计了集可见光相机、红外热像仪、紫外成像仪、激光扫描仪和定位定姿系统等设备为一体的无人直升机多传感器系统。提出了基于全球定位系统时间系统的高精度后处理软同步方法,实现各个传感器系统的独立、协调同步工作。同时提出基于服务器–客户端软件架构,实现各个传感器控制和数据采集的相互独立,最大限度提高传感器系统工作的安全性和可靠性。多传感器集成的无人机巡检试验结果显示,该系统能够在单次飞行中同步获取多波段、多种类型的巡检数据,数据之间具有强相关性,可以用于多源数据联合诊断分析,满足电力线路安全隐患多要素自动诊断的需要。