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《晴空与有云大气辐射分布的数值模拟及其对全天空图像云识别的应用_霍娟》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、第64卷第1期气象学报Vol.64,No.12006年2月ACTAMETEOROLOGICASINICAFebruary2006晴空与有云大气辐射分布的数值模拟及其对全天空图像云识别的应用霍娟吕达仁中国科学院大气物理研究所LAGEO,北京,100029摘要全天空图像自动云识别的研究相对来说是一项较新的研究领域。当前国际上较为通用的全天空图像云识别方法主要依靠图像蓝红灰度值对比的阈值方法进行判断。然而非洁净大气中气溶胶的增多给云识别增加了难度,同时太阳高度角不同天空色度分布情况也不同。文中利用Libradtran辐射传输模式,计算了不同能见度不同太阳高度角情
2、况下3个典型波长(450,550,650nm;蓝/绿/红)无云及有云大气的天空辐亮度分布情况,并进行了比较分析。结果表明,相同太阳高度角情况下,无云及有云大气中蓝红比值随能见度的下降呈单调下降趋势。在特定的云光学厚度和能见度情况下,天空色度彼此呈现出类似的分布状况。全天空图像阈值判断云识别自适应算法的建立需要与太阳高度角、地面能见度联系起来。当前尚无法建立一个判断阈值随太阳高度角以及能见度变化的函数关系式。较为可行的办法是建立典型能见度、典型太阳高度角情况下的辐射信息库,在具体云识别时,首先确定太阳高度角,而后根据天空辐射比情况确定天空能见度,并利用辐射信
3、息标准库做云或非云判别。该工作为全天空云识别算法提供判别依据,同时建立云识别随能见度和太阳高度角变化的判别信息库。关键词:Libradtran,全天空图像,色度,云识别。过程与气候效应的定量研究,如何客观定量、自动观1引言测和分析本站上空天空情况,并将大气辐射传输过云与气溶胶通过辐射、微物理与化学过程对气程与云参数相联系,是大气遥感中的一个挑战性问候与环境变化起着复杂而重要的作用,是当前全球题。从国际发展趋势看,采用全天空成像辐射仪进[2]与区域气候变化最不确定的因子之一。由于云和气行云和晴天辐射参数的遥感是一个必然的方向。溶胶不同的物理光学特性,同时缺乏
4、云和气溶胶物全天空成像观测的研究已经有了一百多年的历[3]理光学特性的系统资料,难以估计其变化趋势,导致史。自20世纪70年代以来科研工作者开始着手目前对于云、气溶胶的辐射强迫估计有很大的不确利用全天空图像分析大气状况,如Horvath以及[1][4-5]定性。分析了解全球与区域云和气溶胶光学特Shields陆续取得了一些成果,较有代表性的是[6]性的时空分布是加深这方面认识的一个重要内容。WSI(美国California大学研制)和TSI(TotalSky[7]在全球与区域云特征以及云与气溶胶关系的研究Imager,Yankee)系统。WSI是一套极为昂
5、贵的中,卫星观测与地基观测均具有不可替代的重要作试验系统,但即使如此,该系统云识别判据也是基于用。不同波段的辐射比值这一比较通用的原理。在高能云的地基观测长期靠气象观测员目视判断,记见度下这一原理十分有效,但在低能见度下,存在原录相对简单,实际天空云况描述较为困难,在云况多理上的局限。变天气下,亦不能给出变化信息,因而难以用于大气中国地基全天空成像辐射相关研究主要在中国初稿时间:2005年4月5日;修改稿时间:2005年7月14日。资助课题:国家自然科学基金资助项目(40027002)和科技部重大基础前期专项(2001CCAA02200)。作者简介:霍娟,
6、女,1977年7月生,中国科学院大气物理所助理研究员,研究方向大气辐射与探测。32气象学报64卷科学院大气物理研究所开展。自1998年开始预研面、二流、多流、伪球面和球面等不同计算模块,其波究到现在我们自主开发了地基全天空可见光成像观谱分辨率为1.0nm,可计算任何高度紫外和可见、[8]测系统,目前该系统已经在中国科学院大气物理近红外的直接及散射辐射,包括辐亮度和辐照度计研究所的香河观测基地进行系统观测和资料积累。算;此外可以根据全球辐射测量反演云光学厚度以全天空可见光云天自动成像观测系统的成功开及臭氧反演。模式输入参数中可对水云、冰云、气溶发,提供了高时
7、空分辨率的全天空图像资料,国际当胶光学厚度、能见度、地表反照率等参数进行设定,前云识别算法的物理根据是模拟人眼对天空颜色与在利用模式分析天空色度分布和分析云判据的研究云颜色的差异,以两波段(蓝/红)的图像灰度比作为中该模式能较好地满足当前的运算要求。Mayer[11]判断云与晴空的依据。即主要是基于大气分子散射等将该模式中的UVSPEC核心模块与观测值-4与λ成正比,因此晴空大气较短波长在散射光中(UV波段)进行了比较(太阳高度角大于80°时),系占主导地位;而云粒子散射与波长关系并不密切,因统误差为-11%—+2%,因此其可靠性有一定的此云在天空中呈现出
8、白色(不考虑大气散射光色度保证。影响)。采用蓝/红的辐射比阈值法在
