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星载激光雷达在基于MODIS海雾检测中的应用

作　者: 魏书晓
导　师: 吴东
学　校: 中国海洋大学
专　业: 海洋信息探测与处理
关键词: 遥感海雾检测星载激光雷达 MODIS
分类号: P714.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 54次
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内容摘要

卫星遥感是目前对海雾进行检测的有效技术手段，但是由于海上观测资料稀少，难以获得更多确认数据进行进一步的验证和改进。星载激光雷达CALIOP能够以30m的垂直分辨率昼夜对星下点的大气垂直结构进行探测，所以根据CALIOP数据可以确认大量的海雾等目标物作为样本。本文通过采用CALIOP观测数据和与之同步匹配的Aqua-MODIS数据获得了大量样本的光谱特性，并据此得到用于海雾检测的阈值范围。同时，还使用CALIOP数据对海雾能见度等特征量的反演以及MODIS用于海雾检测的海域适用性做了分析。本文首先利用CALIOP高垂直分辨率的优势，在CALIPSO星下点分别确认了1146个白天海雾样本和1085个夜间海雾样本，以及大量的非海雾样本，然后对这些样本在Aqua-MODIS不同通道的光谱特性进行统计分析，统计结果表明：（1）白天，在通道1，95%的晴空海表反照率小于0.15，80%的海雾反照率集中在0.10到0.50之间，低云反照率集中在0.3到0.70之间且65%大于0.50，95%的中高层云反照率集中在0.5到0.9之间；在通道2，晴空海表的反照率大多数都小于0.1，海雾、低云和中高层云的反照率与在通道1相似；95%的晴空海表在通道19与通道18的反照率差异小于0.015，海雾、低云和中高层云在通道19与通道18的反照率差异集中在0到0.015之间；晴空海表、海雾、低云区域在通道26的反照率集中在小于0.02的范围内，大多数中高层云的反照率大于0.02。（2）夜间，晴空海表和中高层云的在通道31和通道20的亮温差异明显不同于海雾和低云，晴空海表和中高层云大多数小于1K，而80%以上海雾的差异大于1K,70%以上的低云的差异大于1K；中高层云在通道31和通道28的亮温差异分布虽然与晴空海表、海雾、低云在通道31和通道28的亮温差异分布都有很大交叠，但是中高层云在通道31和通道28的亮温差异在2K左右时出现的概率最大，明显不同于晴空海表、海雾和低云。根据光谱统计结果，本文设定用于MODIS海雾检测的阈值，然后分别使用该阈值和前人设定阈值对两次白天海雾进行了检测，结果表明本文所设定的阈值能够更加全面的检测出海雾区域。为了进一步检验该阈值的准确性，使用该阈值对发生在黄海的多次海雾进行了检测，检测结果都得到了CALIOP观测数据、地面探空站数据以及船测数据的验证。本文使用CALIOP数据对海雾的几何厚度和光学厚度的关系进行了验证，发现使用CALIOP数据获得的海雾厚度与使用MODIS数据提供的云层光学厚度反演得到的海雾厚度基本一致，并据此反演得到了海雾的能见度。同时，为了分析MODIS在海雾检测当中的适用性，本文使用CALIOP云产品数据对中国海及其周边海域的云层分布做了统计。根据统计结果发现，在黄海海域出现两层及两层以上的云概率小于0.2，这说明使用MODIS检测海雾适用于该海域。根据本文所做的分析,利用CALIOP高垂直分辨率的优势, CALIOP数据可以很好地应用于MODIS海雾检测方法的检验和改进以及海雾特征量的反演。

全文目录

摘要  5-7
Abstract  7-9
目录  9-11
1 引言  11-18
  1.1 海雾的危害  11
  1.2 当前研究现状  11-16
  1.3 研究意义  16-18
2 数据资料  18-27
  2.1 EOS-MODIS  18-23
    2.1.1 Terra 卫星和 Aqua 卫星  18-20
    2.1.2 EOS-MODIS 数据  20-22
    2.1.3 MODIS 数据预处理  22-23
  2.2 CALIOP 数据  23-25
    2.2.1 CALIPSO 卫星  23-25
    2.2.2 CALIOP 数据  25
  2.3 现场数据  25-27
3 海雾检测  27-61
  3.1 MODIS 海雾检测原理  27-29
  3.2 CALIOP 海雾检测方法  29-33
  3.3 白天海雾检测  33-48
    3.3.1 当前检测阈值存在的问题  33-37
    3.3.2 CALIOP 在白天海雾检测阈值设定中的应用  37-40
    3.3.3 区域增长法检测白天海雾  40-44
    3.3.4 检测方法验证  44-48
  3.4 夜间海雾检测  48-59
    3.4.1 CALIOP 在夜间海雾检测阈值设定中的应用  48-52
    3.4.2 阈值法检测夜间海雾/低云  52-56
    3.4.3 检测方法验证  56-59
  3.5 本章小结  59-61
4 海雾特征量的反演及 MODIS 检测海雾的可行性分析  61-66
  4.1 海雾高度（厚度）反演  61-62
  4.2 海雾能见度反演  62-64
  4.3 CALIOP 应用于 MODIS 海雾检测适用性分析  64-66
5 结论与讨论  66-69
  5.1 海雾检测  66-67
  5.2 海雾特征量反演以及 MODIS 海雾检测适用性分析  67
  5.3 讨论  67-69
参考文献  69-72
致谢  72-73
个人简历  73
攻读硕士期间发表的论文  73-74

星载激光雷达在基于MODIS海雾检测中的应用

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