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利用静止气象卫星红外通道遥感监测中国沙尘暴

胡秀清 卢乃锰 张鹏

胡秀清, 卢乃锰, 张鹏. 利用静止气象卫星红外通道遥感监测中国沙尘暴. 应用气象学报, 2007, 18(3): 266-275..
引用本文: 胡秀清, 卢乃锰, 张鹏. 利用静止气象卫星红外通道遥感监测中国沙尘暴. 应用气象学报, 2007, 18(3): 266-275.
Hu Xiuqing, Lu Naimeng, Zhang Peng. Remote sensing and detection of dust storm in China using the thermal bands of geostationary meteorological satellite. J Appl Meteor Sci, 2007, 18(3): 266-275.
Citation: Hu Xiuqing, Lu Naimeng, Zhang Peng. Remote sensing and detection of dust storm in China using the thermal bands of geostationary meteorological satellite. J Appl Meteor Sci, 2007, 18(3): 266-275.

利用静止气象卫星红外通道遥感监测中国沙尘暴

资助项目: 

国家财政部“西北地区土壤水分、沙尘暴监测与预测研究”项目 Y0101

Remote Sensing and Detection of Dust Storm in China Using the Thermal Bands of Geostationary Meteorological Satellite

  • 摘要: 气象卫星的红外窗区通道 (8~12 μm) 对于通常大气气溶胶几乎没有响应, 但对于较大颗粒且浓度较强的沙尘气溶胶, 尤其是沙尘暴有明显的信号反应。空气中的沙尘在红外分裂窗通道表现出两个特征:一是对地表发射到空间的红外信号产生衰减, 造成卫星探测到的地气系统亮温降低, 这就是所谓的红外差值沙尘指数IDDI; 二是沙尘粒子在红外分裂窗两个通道的比辐射率不同, 11 μm比12 μm的比辐射率低, 从而造成这两个通道的亮温差是负值。基于这两个特征和沙尘多通道光谱聚类法, 针对静止气象卫星观测数据进行了沙尘暴卫星遥感监测业务算法开发, 输出沙尘暴监测产品和红外差值沙尘指数产品, 这一算法不仅用于已经退役的GMS-5卫星, 而且应用于正在运行的静止气象卫星FY-2C, 它还为沙尘暴的定量或半定量遥感提供参考借鉴。
  • 图  1  纯硅酸盐石英沙热红外光谱比辐射率[9]

    Fig. 1  Thermal infrared emissivity spectrum of pure quartz 75~250 μm and 0~75 μm of particle size[9]

    图  2  中纬度冬季标准大气条件下不同强度的沙尘分裂窗亮温差随地面能见度的变化

    Fig. 2  Brightness temperature difference (BTD) in split window dependence of dust loading in several winter surface temperatures in mid-latitudes

    图  3  地面能见度和红外差值沙尘指数对应关系[6]

    (其中能见度对应7个等级[0, 2.5], [2.5, 5], [5, 7.5], [7.5, 10], [10, 15], [15, 20], [20, 30] km; 括号内数字为样本数)

    Fig. 3  Climatological relation between IDDI and visibility[6]

    (visibility measurements being classified into seven categories defined by the intervals [0, 2.5], [2.5, 5], [5, 7.5], [7.5, 10], [10, 15], [15, 20], [20, 30] km; the number inside bracket denotes the sample number)

    图  4  GMS-5 10 d合成红外背景亮温图像

    Fig. 4  GMS-5 integrated brightness temperature image of background during ten days

    图  5  GSM-5沙尘暴监测结果格点图

    (图中红点代表地面有沙尘报告的气象观测站)

    Fig. 5  GSM-5 dust detection grid image

    (red points denote the weather station with the report of dust occurrence)

    图  6  GSM-5计算单天单时次的IDDI图

    Fig. 6  GSM-5 IDDI image of single observation time

    图  7  GSM-5计算中国北方IDDI月平均值

    Fig. 7  GSM-5 monthly mean IDDI in North China

    图  8  2001年春季GSM-5监测沙尘天气发生频次统计图

    (图中色标表示相对频次大小)

    Fig. 8  Frequency of dust occurence in spring of 2001 by GSM-5 detection

    (color bar means relative frequency)

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出版历程
  • 收稿日期:  2006-03-24
  • 修回日期:  2007-01-17
  • 刊出日期:  2007-06-30

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