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新型星载观测数据的云检测与大气校正研究

张鑫  
【摘要】:卫星对地观测图像多会受到云像元的影响,为了消除云像元的影响,需要对卫星图像进行云检测,找到并剔除这些云像元。卫星对地观测时不仅接收来自地表的辐射信息,也接收大气辐射信息,只有消除大气辐射影响才能获得准确的地表辐射信息,因此还需要对卫星图像做大气校正。FY-3与Himawari-8都是新一代气象卫星,国内外关于新型星载探测器FY-3 MERSI和Himawari-8AHI观测数据的云检测和大气校正研究并不充分。本文选用多通道光谱阈值法对FY-3 MERSI数据图像进行云检测研究,选择6S辐射传输模型对FY-3 MERSI和Himawari-8 AHI数据图像进行大气校正研究。具体工作包括:(1)结合MODIS的云检测算法,分析FY-3 MERSI的光谱特征,找出可以利用的通道,利用Kmeans聚类分析法就这些通道直接设定阈值或经归一化处理后再设定阈值,得到适用于MERSI的多通道阈值云检测法。利用本文的多通道阈值法对不同时期和不同背景的MERSI数据进行云检测试验,与国家卫星中心产品的对比试验表明:相较与云检测产品,本文方法云检测效果较好,能更好的区分云和积雪、在海岸线上效果更好、对高厚云层识别效果更好。一年四个季节的长时间序列云检测试验结果表明:本文方法对薄卷云和一些高反射率区域存在一定的误判,但整体识别效果较好。(2)将FY-3 MERSI光谱响应函数带入6S模式中,利用6S辐射传输模型进行敏感性试验,对试验中各参数的影响幅度及理论依据进行分析,利用分析结果对制作查找表所需的参数进行步长设置,调用6S模型得出一个适用于中国地区的查找表,利用6S查找表法对FY-3 MERSI卫星图像数据进行大气校正,得到准确连续的地表反射率图像。将校正结果与国家卫星中心大气校正产品进行对比分析,相差较小,一致性较好。(3)将大气校正方法运用到日本Himawari-8卫星数据上。就结果与校正前的反射率值比较、校正前后归一化植被指数(NDVI)比较、与MODIS地表反射率产品比较三个方面分析大气校正的效果。结果表明:校正效果较好,第1、2波段反射率降低,第3波段反射率有些增大有些降低,其他3个波段反射率普遍有所增大;NDVI值分布更平滑,值域比校正前增大,峰值变高,校正后更接近实际情况;大气校正后的AHI 1波段数据与MODIS 3波段的地表反射率具有很好的一致性。


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