基于caliop数据的海雾检测方法研究

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1、基于CALIOP数据的海雾检测方法研究赵经聪吴东赵耀天中国海洋大学信息科学与工程学院青岛海洋科学与技术国家实验区域海洋动力学与数值模拟功能实验提出了一种基于星载激光雷达CALIOP数据检测海雾的方法。通过对比分析不同条件下低云和低空气溶胶的衰减后向散射特性，以及研究CALIOP海表误判IX的衰减后向散射特性，发现了海表误判区其实是一种与海表相接的云，即海雾。继而，通过反演海表误判区的消光系数和能见度，发现98%以上海表误判区的消光系数低于lkm，对该方法进行了检验验证。本文所提出的海雾检测方法丰富了海雾案例选取途径，拓展了海雾样本点来源，对研宄海雾特性具有积极意义

2、。关键词：CALIOP;海雾;气溶胶;衰减后向散射;1924年，Koschmieder提出的Koschmieder定律是大气能见度研宂历史进程屮一个重要的里程碑，该定律将能见度与大气消光系数联系起来，成为后来计算大气能见度的物理基础m。随着技术的创新与发展，I960年美国发射了第一颗气象卫星“泰勒斯”号，自此之后卫星遥感逐步成为了人类观测研宄大气和海洋的重要手段。可是，各国利用卫星数据对海雾的研究却没有随着气象卫星的成功发射而立刻开展，直至1970年代，才开始有国外学者利用遥感方法进行雾的研宂和预报。1973年，Ikmt等从理论上计算了像雾、低云这类的不透明水云在

3、远红外波段和中红外波段的比辐射率，得出云雾这类目标物亮温的差异XZ1。1984年，Eyre等根据Hunt的理论，尝试使用NOAA/AVHRR第3和第4通道的亮温差检测夜间大雾U1，之后又宥许多学者[4-5]对此方法进行了研究，最终使得该方法发展为目前唯一用于业务化夜间雾检测的双通道差值法。1995年，Bcndix利用丫AVIIRR屮通道3和4的数据对发生在1993年2月德国科隆和亚琢两地之间的两次大雾进行了数据反演，根据光学厚度和儿何厚度推算出了大气能见度，这为之后的卫星数据反演海雾能见度提供了重要的理论依据M。2005年，Bendix等提出了一种应用MODISH

4、间数据探测地面雾的可能性的研究XZ1。2005年，吴晓京等研究表明，当假设一个视力正常的观察员在绿光（0.55um）照射下，以天空为背景观察足够大的黑体目标时，e=0.02，提出了能见度与消光系数的简化公式M。2009年，张纪伟等人在区域增长法的基础上研宄了黄海海雾的检测机制，并根据检测结果对海雾的诸多特征量如光学厚度、雾顶高度、能见度等进行了反演m。1981年，KleU等提出了应用激光雷达数据反演消光系数的方法XM。1984年,Fernald等在计算中引入激光雷达比，提出了应用激光雷达反演消光系数的方法［11］。1995年，StuartA.Young等应用激光雷

5、达分析了光学薄云的后向散射剖面，提出了光学厚云以及光学薄云消光系数的计算方法UZ1。1999年，Stoelinga和Warner提出了0前海雾数值研究工作中普遍采用的根据消光系数计算大气水平能见度的公式mi。相比于常规卫星遥感，应用星载激光雷达研究海雾起步要晚一些。2006年，CALIPS0卫星成功发射，其星载激光雷达CALI0P至今已成功运行10年，积累了大量全球云和气溶胶的探测数据2007年，胡永祥等应用MODIS数据和CALIPSO二级数据，提出了反演低云云顶平均消光系数、液态水路径、液滴数密度的方法［15］。2010年，Li等提出了一种基于CALTOP拖尾

6、信号反演水云消光系数的新方法，并与胡永祥提出的方法做了对比m。2011年，吴东等人在一年CALI0P数据的基础上，对全球范围的云体出现概率进行了统计分析，并与MOD1S的计算结果对比，发现使用CAL10P检测到的云体出现概率相较MODIS更大［17］。2012年，Cermak等人使用METEOSATSE-VIRI卫星数据分析了非洲西南沿岸附近海域的海雾和低云吋空分布，并采用CALTOP云层产品资料进行对比验证，这是首次将星载激光雷达资料配合传统卫星遥感资料应用于海雾研允［18］。2013年魏书晓等人使用CALI0P后向散射系数数据筛选了海雾区域，并将CAL1OP判

7、定的海雾区域应用于MOD1S海雾遥感研宄，通过改进阈值和区域增长的方法的进行了海雾的识别：1虹。2015年，卢傅使用阈值法筛选CALIOP海表误判IX中的海雾，并将其作为海雾样木点应用于MODIS遥感海雾检测［20］。2015年，吴东等使用CALTPSO—级和二级数据利用阈值法筛选海雾区域，并将其应用于提高以modis为基础的海雾探测上mi,然而其方法却失去了低于阈值的海雾区域，忽视了海雾样本点的整体持性。本文对比分析研宄lkm以下不同条件下低云和低空气溶胶的衰减后向散射特性，研宄CALIOP海表误判区的袞减后向散射特性、消光系数和能见度，期望改进基于星载激光雷达

8、数据的海雾