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用三通道合成彩色图像进行云的分类解释判读

陈英英 唐仁茂 周毓荃 袁正腾 向玉春 李德俊

陈英英, 唐仁茂, 周毓荃, 等. 用三通道合成彩色图像进行云的分类解释判读. 应用气象学报, 2011, 22(6): 691-697..
引用本文: 陈英英, 唐仁茂, 周毓荃, 等. 用三通道合成彩色图像进行云的分类解释判读. 应用气象学报, 2011, 22(6): 691-697.
Chen Yingying, Tang Renmao, Zhou Yuquan, et al. Interpretation of cloud classification using the color image composed by three-channel data. J Appl Meteor Sci, 2011, 22(6): 691-697.
Citation: Chen Yingying, Tang Renmao, Zhou Yuquan, et al. Interpretation of cloud classification using the color image composed by three-channel data. J Appl Meteor Sci, 2011, 22(6): 691-697.

用三通道合成彩色图像进行云的分类解释判读

资助项目: 

湖北省气象局科技发展基金 2010Q02

中国气象局云雾物理环境重点开放实验室开放科研课题 2009Z0039

详细信息
    通信作者:

    陈英英, E-mail: brisk007@163.com

Interpretation of Cloud Classification Using the Color Image Composed by Three-channel Data

  • 摘要: 为更好地利用FY-3A气象卫星上中分辨率光谱成像仪 (MERSI) 资料高空间分辨率及多光谱的优势,细致分析云系在宏、微观方面的多重特征,首先利用平面平行辐射传输模式 (SBDART) 证明了MERSI的0.65,1.6 μm和11.25 μm通道能够分别反映云光学厚度、云粒子大小、云顶高度的信息,然后采用三通道合成彩色图像的方法,对FY-3A气象卫星云图进行云的分类解释判读。该技术可直观区分有云区、无云区,显示海陆分界,并且使不同云类在云图上体现为不同颜色。同时,FY-3A气象卫星高达1000 m甚至250 m的空间分辨率也使云的细致结构更为清晰,两项优势的叠加,大大提升了云的分类解释判读的准确程度和精细化水平。文中还尝试寻找典型云系的三通道特征值,以期为模糊C均值聚类 (FCM) 方法中聚类中心的选定提供经验值参考。
  • 图  1  .65, 1.6 μm通道反射函数对云光学厚度和有效粒子半径 (单位:μm) 的敏感性分析

    (θ0=20°,θ=40°,ϕ=0°)

    Fig. 1  Reflection function as a function of optical thickness and effective particle radius (unit:μm) at a wavelength for 0.65 μm and 1.6 μm when θ0=20°, θ=40°, ϕ=0°

    图  2  2009年6月20日10:45 FY-3A三通道合成彩色图像

    Fig. 2  Color image composed by three-channel data at 10:45 20 June 2009

    图  3  FY-3A VIRRX云分类日产品

    Fig. 3  Cloud classification daily product of FY-3A VIRRX

    图  4  台风云系 (a)、大陆性多层云系 (b) 及海洋性层云、卷云及晴空陆地、海洋 (c) 图像

    Fig. 4  Images of typhoon cloud system (a), continental multiple-layer cloud system (b) with matine stratiform, cirrus and clear-air land, ocean (c)

    表  1  11.25 μm通道云顶黑体亮温对云顶高度的敏感性分析 (太阳天顶角θ0为20°,卫星天顶角θ为40°,相对方位角ϕ为0°)

    Table  1  Brightness temperature as a function of cloud top height solar zenith angle θ0=20°, satellite zenith angle θ=40°, relative azimuth angle ϕ=0°

    云底高度~云顶高度/km 1~4 2~5 3~6 4~7 5~8 6~9 7~10
    云顶黑体亮温/K 272.05 266.14 260.03 253.85 247.63 241.4 235.15
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    表  2  一些主要云和地面目标物的反射率[15]

    Table  2  Reflectance of some main types of the cloud and underlying surface[15]

    云和地面目标物 可见光通道反射率
    积雨云 (大而厚) 0.92
    积雨云 (小,云顶在6 km左右) 0.86
    卷层云 (厚,下面有中低云和降水) 0.74
    卷层云 (单独出现在陆地上空) 0.32
    积云 (出现在陆地上空,云量>80%) 0.69
    中云 (高层、高积云,中等厚度) 0.68
    层积云 (出现在陆地上空,云量>80%) 0.68
    层积云 (出现在洋面上空,成片) 0.60
    层云 (厚,出现在洋面上空) 0.64
    层云 (薄,出现在洋面上空) 0.42
    卷云 (薄,单独出现在陆地上空) 0.36
    晴天积云 (出现在陆地上空,云量>80%) 0.29
    陆地 (植被) 0.18
    海洋、湖泊、河流 0.07~0.09
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    表  3  各类云的有效粒子半径参数

    Table  3  Effective particle radius of different cloud types

    云类 层云 (海洋上空) 层云 (陆地上空) 晴天积云 海洋积云 积雨云 浓积云 高层云
    re/μm 17 10 6.7 25 33 40 8
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    表  4  典型云系像素的三通道特征值

    Table  4  Characteristic three-channel values of the typical cloud system pixel

    编码 RGB色彩模式强度值 R0.65 R1.64 T11.25 云的分类解释判读
    A (248,98,37) 0.975 0.311 209.298 积雨云(台风眼墙)
    B (139,98,36) 0.532 0.311 208.344 厚卷云(台风螺旋云带)
    C (234,92,30) 0.918 0.289 202.21 积雨云(局地对流)
    D (182,75,69) 0.707 0.227 233.568 中云(浓积云)
    E (178,229,128) 0.691 0.793 263.753 厚低云(云体深厚的水云)
    F (108,95,60) 0.406 0.3 227.657 薄卷云
    G (78,122,193) 0.284 0.4 288.383 薄低云(水云)
    H (35,42,192) 0.110 0.105 288.044 晴天海洋
    I (44,89,218) 0.146 0.278 296.566 晴天陆地
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出版历程
  • 收稿日期:  2010-11-05
  • 修回日期:  2011-10-08
  • 刊出日期:  2011-12-31

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