Himawari-8静止气象卫星草原火监测分析

Himawari-8(向日葵8号)静止气象卫星具有高空间分辨率、高观测频次和高时效特点,在草原火灾监测具有很强优势。提出利用Himawari-8数据的自适应阈值火点监测算法,并以2016年4月内蒙古自治区呼伦贝尔市边界境外草原火灾为例,重点利用19~20日的22个小时期间的132个时次Himawari-8数据,对火情进行连续动态监测。结果显示,本次火灾共持续22 h,过火区域约1 500km2,火点像元最长持续时间约6 h。通过分析多时次连续观测影像和火点信息可知,火场在一段时间内从西向东的蔓延速度为5.4 km/h,达到急进地表火程度。分析表明,Himawari-8的10 min一次密集观测频次可实现快速获取火点位置、面积、温度等火情信息。可跟踪火场动态发展变化,估算火场蔓延速度和方向以及确定火场类型,提高卫星遥感草原火监测和预警能力。

基于Himawari-8静止气象卫星的输电线路山火监测与告警技术

传统基于极轨卫星的输电线路山火监测技术受卫星过境时间的限制,无法实现对广域输电线路走廊进行24h不间断山火监测。为此,基于Himawari-8静止气象卫星提出了一种24h不间断输电线路山火监测与告警技术。为保证火点判识算法具有较高的准确率和良好的普适性,综合考虑太阳高度角、非植被像元和云像元对火点判识的影响,提出了一种基于自适应动态阈值的火点判识算法。另一方面,预先将输电线路杆塔信息和告警等级以网格形式进行储存以提高告警效率。一旦在网格内监测到火点,则自动向输电运维人员推送受影响的线路杆塔信息和告警等级。所提技术已应用于南方某省级电网输电线路山火监测系统,实现了全天时输电线路山火监测以及快速准确地发布告警信息,使得该电网连续3年(2017—2019)在用火高发的清明节期间未发生输电线路山火跳闸事故。

Himawari-8静止气象卫星时序法火点探测

随着新一代静止气象卫星的发射,高频次和高时效的观测特性对于火点探测具有独特优势。本文基于Himawari-8新一代静止气象卫星高频次观测特点,提出有利于火情初期火点判识的时序探测方法。与传统的极轨气象卫星遥感火情监测采用的上下文法不同,时序探测法判识火点的方法依据为探测像元亮温在观测时间上的差异。研究结果显示,在无云及无异常热源条件下,相邻时次中红外亮温差异较小,当前后时次亮温差达到3K时,可判识出火点,而上下文法的阈值均在6 K以上,时序法的火点判识阈值较上下文法明显降低,探测相应的亚像元火点面积减小一倍以上,从而提高了火情判识的灵敏度,实现火点早期发现。本文介绍了时序法火点判识方法,并以黑龙江桦川县的星地同步观测实验进行验证,研究表明,时序法较上下文法在初发火点探测灵敏度方面有明显优势,时序法和上下文法的结合可提高气象卫星对火情发展过程的监测能力。

基于HIMAWARI-8静止气象卫星的森林火灾监测应用

HIMAWARI-8是日本新一代静止气象卫星，具有时间分辨率和空间分辨率高的特点。本文通过2016年3月2日发生在甘肃省迭部县达拉林场的森林火灾，分析了HIMAWARI-8在森林火灾中的应用情况。通过分析得知：①火场存在较厚云层时，HIMAWARI-8无法监测火灾；②HIMAWARI-8对森林火灾的监测，白天优于夜间、前半夜优于后半夜；⑤火场面枳小于0.1平方公里时，HIMAWARI-8基本上无法监测火灾；火场面积大于2平方公里时，能够实现有效监测。

葵花8号静止气象卫星在广东省林火监测工作中的应用

对我国目前所用卫星在林火监测中的作用以及存在不足进行总结,分析了新一代静止卫星在林火监测工作中的优势。结合广东省卫星林火监测系统的设计,阐述了葵花8号静止气象卫星在林火监测中的应用现状和发展前景。

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。

新一代静止气象卫星林火监测研究

新一代静止气象卫星具有高频次、全覆盖优势,对林火有着非常好的监测能力。从林火遥感原理出发,首先分析了AHI/葵花8号和AGRI/风云四号仪器的特点,介绍了可用于林火探测的通道特性。然后,从火点判识算法、林火监测流程和林火反查系统3个方面,研究了林火监测系统的构建,包括应用中要注意的细节和应用的尝试。其中林火反查系统是首次提出,对改进系统的算法和提高监测的准确率有重要作用。目前,AHI/葵花8号林火产品已投入本站业务使用,对防灾减灾提供了重要保障。

世界各国静止气象卫星发展综述

首先阐述了美国、欧洲气象卫星组织(EUMETSAT)、日本静止气象卫星的发展历史,从自旋稳定到三轴稳定,从单一载荷到多载荷并行工作,新一代的静止气象卫星的时间、空间和光谱分辨率都大幅提高,然后重点介绍了我国静止气象卫星风云二号和风云四号,相比于自旋稳定的风云二号气象卫星,风云四号卫星的功能和性能实现了跨越式的发展,接着简单介绍了俄罗斯、印度和韩国等其他国家静止气象卫星的发展状况,最后总结了不同时期各国静止气象卫星的发展特点,这对我国后续静止气象卫星的规划和研制有重要参考意义。

基于Himawari-8亚像元分解的林火检测

受空间分辨率的影响,卫星遥感影像普遍存在混合像元,传统的林火监测方法是以像元为单位,容易漏判小火点。针对该问题,文章提出了基于亚像元分解的森林火点检测算法,基于改进的自适应阈值法进行火点判识,判别影像中林火范围。通过光谱解混确定含典型线状地物的混合像元,利用丰度图像提供的信息将地物类别标签分配到每个亚像元中。基于空间相关性理论构建线性优化模型,获得亚像元定位结果,准确定位到火点所在经纬度。以葵花八号卫星数据为数据源,对本文所提出的亚像元火点检测算法进行了实验。结果表明,基于完全约束最小二乘模型进行林火混合像元分解,可获得火点亚像元级的空间分布细节信息,精度较高,对火点的位置信息提取效果良好。

基于Himawari-8卫星的火点判识算法研究

利用新一代静止气象卫星Himawari-8数据,提出一种新的自适应阈值决策树低温火点判识方法。该方法基于2.3μm和0.86μm通道数据,以晴空像元和背景像元本地化判识结果为基础进行火点识别。选取山西省作为研究区域,利用2020年4月24日和2021年2月20日数据进行验证,结果表明:①对于森林火灾初期火势较小的火点可以尽早判识(采样点最早提前40 min);②对草地、耕地上范围较小、温度较低的火点判识在时效性和准确率方面均表现良好;③新增的低温火点判识算法有效地解决了火点多判和漏判的矛盾问题,为尽早识别火点信息,实现有效的灾情监测提供了新思路。

基于地球静止气象卫星的地表参数遥感研究进展

地表参数定量遥感反演是遥感科学研究的重要环节。21世纪以来,地球静止气象卫星数据在地表参数遥感反演中受到越来越多的重视。本文对利用地球静止气象卫星进行地表参数遥感反演研究的进展进行了综述。文章首先简单介绍了当前正在运行的欧盟Meteosat、美国GOES-R、日本葵花和中国风云静止卫星系统,随后详细总结了不同卫星系统估算各种地表参数的方法。在此基础上,文章对进一步利用静止卫星估算地表参数的研究展开讨论,指出未来的研究应重点关注几个方面:(1)探索和运用新技术提高静止卫星数据获取和处理的效率和精度;(2)融合全球多颗静止气象卫星,同时与极轨卫星融合,生产覆盖全球的长时序地表参数产品;(3)探索地表参数的高效获取方法,对静止气象卫星地表参数产品开展真实性检验,满足地表过程研究和资源环境动态监测对高质量地表参数产品的需求。

Himawari-8气溶胶产品的验证及应用

为准确分析中国地区气溶胶空间分布与时间变化特征规律,首先利用中国地区9个AERONET(Aerosol Robotic Network)地基站点观测资料对新一代静止气象卫星Himawari-8气溶胶光学厚度(Aerosol Optical Depth,AOD)产品数据进行一致性验证,并在此基础上选取2015年7月至2018年4月Himawari-8逐小时AOD数据分析了中国地区气溶胶光学厚度时空变化特征。结果表明:①Himawari-8 AOD与AERONET AOD之间相关性很高,9个站点的相关系数R在0.64~0.91之间,拟合曲线斜率k的范围为0.57~0.68。②Himawari AOD产品与AERONET AOD的相关性在中午时段较其他时段相对较低;北方地区Himawari-8 AOD冬季反演效果与夏季相比较差,南方地区则相反。③中国地区年平均AOD呈东高西低分布,春、夏两季AOD明显高于秋、冬两季,其中夏季最高,春季次之;地区间AOD月变化差异也较大;大部分地区AOD日变化呈现先下降后上升再下降的趋势,AOD最高值出现在午后14~16时,最低值出现在18时。研究结果为了解中国地区大气气溶胶的时空变化规律和全天时的大气污染监测方法提供新的参考。

大连机场一次冷涡引发雷暴和大风个例分析

利用常规观测资料和NCEP/NCAR全球再分析资料对2020年5月16日—19日大连机场的一次冷涡系统引发雷暴和大风天气过程进行诊断分析,最后,结合葵花(Himawari-8)气象卫星云图和多普勒天气雷达回波特征,更好地监控冷涡雷暴的发生发展演变过程。结果表明:(1)高空冷涡配合地面冷锋是影响此次雷暴的主要天气系统。(2)低层暖湿气流的上升运动配合高空干冷气流的南下为雷暴发生提供有利动力条件和水汽条件。K指数、SI指数和TT指数等表明了大气层结不稳定,低层不稳定能量输送为雷暴发生提供热力条件。(3)冷涡系统降水的发生区反应在TBB值相对低值中心。TBB≤-50℃,对雷暴发生有很好指示作用;冷涡雷暴发生在水汽图上高层急流左侧暗区和亮区的过渡带。(4)冷涡雷暴雷达回波上表现为线状回波,强雷暴发生在反射率大于50dBz回波区域,强回波区与对流天气有很好的对应关系。