趙國慶

【摘 要】大霧是一種常見的災(zāi)害性天氣現(xiàn)象。基于遙感數(shù)據(jù)的霧物理屬性參數(shù)提取日益成為了研究的熱點。以MODIS和FY-3A數(shù)據(jù)，對發(fā)生于2013年1月的中國中東部大霧進行了霧物理參數(shù)提取，并對時間序列遙感影像進行時間序列變化分析。結(jié)果表明：霧物理參數(shù)提取既可以定量分析霧發(fā)展過程中內(nèi)部變化的信息，又可以進一步認識霧生消的規(guī)律，為提高霧預(yù)報提供奠定一定的基礎(chǔ)。

【關(guān)鍵詞】遙感；大霧天氣；信息提取

0 引言

霧是一種常見的災(zāi)害性自然天氣現(xiàn)象，對交通、人體健康和大氣環(huán)境等方面帶來嚴重危害影響。隨著遙感科學技術(shù)的發(fā)展，基于遙感數(shù)據(jù)的大霧物理參數(shù)反演分析是近年來的研究熱點。低能見度直接威脅交通安全，而霧中能見度的變化直接受霧滴數(shù)密度、含水量、平均直徑、等物理參量的影響。了解霧的微物理特性，分析其變化規(guī)律，有助于我們加深認識霧的發(fā)生、發(fā)展，為霧的預(yù)測預(yù)警、精確預(yù)報提供科學依據(jù)。

1 研究區(qū)域和研究數(shù)據(jù)

本文以中國東部地區(qū)為研究區(qū)域，對發(fā)生于2013年1月10日-14日的白天陸地輻射大霧過程進行研究。東部地區(qū)地理位置優(yōu)越，地形以低山丘陵為主，霧天氣一直是東部地區(qū)秋冬季節(jié)常見的災(zāi)害性天氣現(xiàn)象之一。

MODIS是EOS計劃的主要探測儀器，有36個光譜通道，星下點空間分辨率分別為250m、500m、1000m。由于MODIS具有多光譜，空間分辨率高，定標定位精度高、數(shù)據(jù)信噪比高等優(yōu)點，為環(huán)境監(jiān)測提供了可能[1]。

FY-3A，即風云三號衛(wèi)星，是由我國國產(chǎn)的第二代太陽同步軌道氣象衛(wèi)星，其降交點地方時為10點05分，為上午星，回歸周期為5天[2]。具有全球、全天候、多光譜、三維、定量遙感監(jiān)測能力。本文主要應(yīng)用的是可見光紅外掃描輻射計（VIRR）探測儀，其包含7個可見光通道和3個紅外通道。

針對此次大霧，本文選取研究區(qū)域內(nèi)該時段的MODIS和FY-3A影像數(shù)據(jù)組成時間序列，總共得到9幅影像數(shù)據(jù)。

2 霧反演算法

霧物理參數(shù)反演是假設(shè)在理想化的大氣輻射傳輸條件下，根據(jù)Stephen等人對大量實驗數(shù)據(jù)分析所得到的經(jīng)驗公式。

3 實驗結(jié)果與時間序列分析

3.1 能見度變化分析

根據(jù)上一節(jié)的反演算法，對此次大霧過程影像進行反演。其中，圖1顯示了本次大霧能見度反演的結(jié)果。

1月10日由于下墊面平均含水量較高，較厚的逆溫層出現(xiàn)，此后出現(xiàn)較濃大霧，10時15分平均能見度約為122米，下午13時平均能見度約為81米。經(jīng)過部分霧消散因子的影響，到晚上霧的濃度會有所下降。11日凌晨，氣溫持續(xù)降低，空氣中的水汽達到飽和，霧開始形成，隨后迅速下降，09時55分能見度約為118米。此后，12日～14日，霧能見度變化范圍較小，一直持續(xù)在100米上下變動，說明了此次大霧日變化特征不明顯，具有很強的穩(wěn)定性和持續(xù)性，強度大不易消散。

3.2 物理參數(shù)變化分析

霧物理參量可以定量的描述陸地霧的發(fā)生發(fā)展特征，以了解研究區(qū)域陸地霧的特點。表2給出了此次大霧過程中不同發(fā)展階段霧光學厚度（？子）、幾何厚度（？駐z）、液態(tài)水含量（LWP）、霧滴平均半徑（Re）的統(tǒng)計值。

霧在發(fā)展的不同階段，物理參量存在明顯差異。從表可以得到，霧在形成階段霧滴數(shù)濃度較低，液態(tài)含水量較小；霧的發(fā)展、成熟和消散階段，霧滴數(shù)濃度顯著增大、液態(tài)含水量增大，粒子半徑也有所增加。在霧的發(fā)展進程中，平均含水量、液態(tài)水含量與能見度呈明顯反相變化。在霧發(fā)展過程的后期，霧滴粒子有效半徑與能進度反相變化顯著，但是在前期過程中，霧滴粒子的半徑隨時間變化較小。

4 結(jié)論

本位以MODIS和FY-3A數(shù)據(jù)為數(shù)據(jù)源，對發(fā)生于中國中東部的一次白天陸地輻射霧進行了微物理屬性的信息提取，并定量分析了大霧過程。其不僅能宏觀了解霧的發(fā)生發(fā)展趨勢，而且可以定量化分析大霧發(fā)展過程中大霧內(nèi)部物理屬性的變化趨勢和發(fā)展程度，為霧的精確預(yù)報提供數(shù)據(jù)支持。

【參考文獻】

[1]楊嵐，魏鳴，徐永明.長江三角洲霧的 MODIS 遙感檢測[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報， 2008，5（13）：1-1.

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[3] Stephens G L. Radiation profiles in extended water clouds. II： Parameterization schemes[J]. Journal of the Atmospheric Sciences， 1978，35（11）：2123-2132.

[4]Bendix J， Thies B， Cermak J， et al. Ground fog detection from space based on MODIS daytime data-a feasibility study[J]. Weather and Forecasting， 2005，20（6）： 989-1005.

[5]吳曉京，陳云浩，李三妹.應(yīng)用 MODIS 數(shù)據(jù)對新疆北部大霧地面能見度和微物理參數(shù)的反演[J].遙感學報，2005，9（6）：688-696.

[責任編輯：鄧麗麗]