張春桂， 林炳青

(福建省氣象科學(xué)研究所，福州 350001)

0 引言

狹義上來講，海霧是指在海洋和海面氣流特定環(huán)境條件影響下發(fā)生在海上、岸濱和島嶼上空低層大氣中的一種水汽凝結(jié)現(xiàn)象。海霧以暖濕空氣平流到較冷海面上產(chǎn)生的平流霧最為常見，具有濃度大、厚度厚、范圍廣、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，以及季節(jié)性、區(qū)域性特點(diǎn)強(qiáng)而生消時(shí)間規(guī)律性差的特點(diǎn)。從廣義上來看，海霧就是“海上的霧”，但必須指出的是那些在陸地上生成并隨天氣系統(tǒng)移動(dòng)或者擴(kuò)展到海上的霧一般不列入海霧的范疇。海霧對(duì)海上交通運(yùn)輸、船舶進(jìn)出港、海洋養(yǎng)殖、漁業(yè)捕撈生產(chǎn)等的危害非常大，會(huì)對(duì)沿海地區(qū)的交通、農(nóng)業(yè)、電力、空氣質(zhì)量等產(chǎn)生一定影響，如每年霧季沿海機(jī)場(chǎng)經(jīng)常出現(xiàn)飛機(jī)返航、迫降現(xiàn)象，正常的公路交通運(yùn)輸活動(dòng)會(huì)受到嚴(yán)重影響； 持續(xù)的大霧還會(huì)使沿海地區(qū)的農(nóng)作物受害，造成農(nóng)作物減產(chǎn)； 海霧中各種化學(xué)成分的積累還可能導(dǎo)致電網(wǎng)跳閘而中斷電力輸送； 大氣污染物與海霧霧滴相互作用不僅污染大氣，還能轉(zhuǎn)化成酸霧，對(duì)人體健康造成嚴(yán)重危害。

隨著福建省沿海對(duì)外開放政策的實(shí)施以及海上交通運(yùn)輸和海洋捕撈業(yè)的發(fā)展，人們對(duì)海霧造成的災(zāi)害也倍加關(guān)注。然而，在沿海地區(qū)布設(shè)海霧觀測(cè)站點(diǎn)的方法顯然受到站點(diǎn)密度及觀測(cè)時(shí)間的限制，且耗費(fèi)大量人力、物力，特別是對(duì)大范圍海霧及其生消動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)方面采用常規(guī)方法困難更大。而衛(wèi)星遙感技術(shù)具有覆蓋范圍廣、重復(fù)監(jiān)測(cè)頻率高、客觀真實(shí)性強(qiáng)、信息源更新快、時(shí)效性強(qiáng)、技術(shù)成本低等諸多優(yōu)勢(shì)，能從宏觀上對(duì)海霧的分布范圍，特別是海霧的生消動(dòng)態(tài)方面實(shí)施連續(xù)的監(jiān)測(cè)，是其他各種常規(guī)監(jiān)測(cè)方法無法替代的，正在成為海霧監(jiān)測(cè)的重要途徑。

霧的衛(wèi)星遙感監(jiān)測(cè)研究始于20世紀(jì)70年代，直至20世紀(jì)80年代后期海霧的遙感監(jiān)測(cè)研究才逐步發(fā)展起來，但相關(guān)的報(bào)道并不多見。鄭新江[1]利用NOAA-10/AVHRR資料分析黃海海霧特征，并結(jié)合地球靜止氣象衛(wèi)星(Geostationary Meteorological Satellite，GMS，位置140°E)資料分析海霧的生成和演變情況，雖然只是利用衛(wèi)星資料對(duì)海霧進(jìn)行定性分析，但卻具有十分重要的意義。國外在海霧衛(wèi)星遙感定量監(jiān)測(cè)方面的研究開展得早些，如Ellrod[2]認(rèn)為雙通道紅外圖像在辨別夜間海霧和低云方面有較好的應(yīng)用前景，并采用美國靜止業(yè)務(wù)氣象衛(wèi)星(Geostationary Operational Environmental Satellite，GOES，位置75°W)的雙通道紅外資料對(duì)近海岸夜間海霧和低云開展試驗(yàn)研究； 而Ahn等[3]提出基于GMS-5紅外通道，采用一種晴空輻射合成圖與紅外輻射圖相比較的新算法來檢測(cè)海霧和層云。國內(nèi)的鮑獻(xiàn)文等[4]利用GMS-5靜止衛(wèi)星和NOAA極軌衛(wèi)星資料，綜合運(yùn)用光譜分析法、結(jié)構(gòu)分析法等技術(shù)分析海霧在衛(wèi)星資料中所反映的光譜特征和輻射特征的差異，進(jìn)行云霧自動(dòng)檢測(cè)和分離技術(shù)的定量應(yīng)用研究。隨著新一代極軌衛(wèi)星遙感資料的廣泛應(yīng)用，張紀(jì)偉等[5-7]基于MODIS衛(wèi)星數(shù)據(jù)開展霧的監(jiān)測(cè)研究，在海霧與晴空海面、海霧與低云等分離檢測(cè)算法方面，以及霧的光學(xué)厚度、霧頂高度和能見度等特征量的定量研究方面取得了比較理想的效果； 吳曉京等[8]利用1989—2008年長(zhǎng)序列的NOAA/AVHRR數(shù)據(jù)，生成黃渤海20 a海霧的分布狀況，并在此基礎(chǔ)上得到黃渤海海霧的季節(jié)特征； 在靜止氣象衛(wèi)星資料應(yīng)用方面，何月等[9]利用日本多功能交通衛(wèi)星(Multi-functional Transport Satellite，MTSAT，位置140°E)靜止氣象衛(wèi)星資料，采用分級(jí)判識(shí)太陽高度角閾值和大霧指數(shù)的方法，反演了近5 a浙江海霧的逐時(shí)分布，取得了較好的監(jiān)測(cè)結(jié)果。

盡管目前NOAA和MODIS極軌衛(wèi)星資料的光譜信息豐富，但是其過境時(shí)間不多，特別對(duì)海霧的消長(zhǎng)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)能力較差，實(shí)踐證明僅利用這些極軌衛(wèi)星資料進(jìn)行海霧監(jiān)測(cè)尚不能很好地滿足日常業(yè)務(wù)化的需求。靜止衛(wèi)星可得到1次/h的影像資料，能有效地彌補(bǔ)極軌衛(wèi)星在監(jiān)測(cè)時(shí)間上的不足，因此近年來才逐步采用靜止衛(wèi)星資料建立海霧監(jiān)測(cè)模型，并以采用GOES，GMS，MTSAT等衛(wèi)星的數(shù)據(jù)居多。針對(duì)臺(tái)灣海峽利用風(fēng)云靜止氣象衛(wèi)星開展逐時(shí)海霧遙感監(jiān)測(cè)的研究文獻(xiàn)迄今為止尚未見報(bào)道。本研究將利用我國自主研制的風(fēng)云系列FY-2E靜止衛(wèi)星資料，在分析FY-2E衛(wèi)星探測(cè)通道的光譜和輻射特征的基礎(chǔ)上構(gòu)建海霧監(jiān)測(cè)模型，并利用地面能見度觀測(cè)資料對(duì)海霧的監(jiān)測(cè)精度進(jìn)行驗(yàn)證。

1 研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)

1.1 研究區(qū)概況

臺(tái)灣海峽地處中國東南沿海，是中外船只的重要航道，船只繁多。臺(tái)灣海峽天氣復(fù)雜，處于華南沿海水汽豐沛之處，春季冷空氣與海上暖濕氣流形成對(duì)峙形勢(shì)，再加上海洋的作用，常形成大霧天氣，且大多由于暖濕氣流平流造成，所以海霧強(qiáng)大而且一次會(huì)持續(xù)幾天，給海上交通帶來很大危害。其中海峽西部是我國近海6個(gè)多海霧區(qū)域之一。

臺(tái)灣海峽海霧有明顯季節(jié)變化和日變化特征，在季節(jié)上主要集中在冬春季，夏秋季較少。在這一時(shí)期又恰好是陰雨季節(jié)，所以常有霧與陣雨、雷雨同時(shí)出現(xiàn)的現(xiàn)象。海霧在日變化上主要表現(xiàn)為下半夜至次日上午前段明顯，尤其清晨最多，中午至傍晚前后出霧的機(jī)會(huì)最少； 霧的持續(xù)時(shí)間以1～2 d為主?？傊?，臺(tái)灣海峽的霧季為每年的3—5月，各月多年平均霧日為3～8 d。

1.2 數(shù)據(jù)及其預(yù)處理

本研究用到的數(shù)據(jù)包括FY-2E靜止氣象衛(wèi)星數(shù)據(jù)、臺(tái)灣海峽西部地面氣象站逐時(shí)能見度觀測(cè)數(shù)據(jù)。

FY-2E衛(wèi)星定位于E105°的赤道上空，星上搭載一臺(tái)可見光紅外自旋掃描輻射儀，星下點(diǎn)空間分辨率約為5 km，衛(wèi)星數(shù)據(jù)的時(shí)間分辨率為60 min，VISSR有5個(gè)通道，各通道參數(shù)特征見表1。

表1 FY-2E衛(wèi)星探測(cè)通道參數(shù)Tab.1 The observation channels parameterof FY-2E satellite

FY-2E衛(wèi)星數(shù)據(jù)必須經(jīng)過預(yù)處理后才能進(jìn)一步應(yīng)用，主要包括： ①輻射定標(biāo)，將原始灰度圖像根據(jù)對(duì)照表轉(zhuǎn)換為具有實(shí)際物理意義的數(shù)據(jù)，將反射通道轉(zhuǎn)換為反射率，輻射通道轉(zhuǎn)換為亮溫值； ②研究區(qū)域提取，衛(wèi)星原始覆蓋范圍較大，對(duì)臺(tái)灣海峽區(qū)域(E114°～123°、N20°～29°)內(nèi)的云圖數(shù)據(jù)進(jìn)行了子區(qū)提取。

考慮到FY-2E通道IR3是水汽強(qiáng)吸收帶，其最大輻射貢獻(xiàn)大致在400 hPa高度處，水汽通道信息對(duì)云霧識(shí)別的作用不大，另外通道IR2特性與IR1類似，因此本研究選擇FY-2E的通道IR1、通道IR4和通道VIS作為海霧監(jiān)測(cè)的主要探測(cè)通道。

至2015年底，福建省能見度自動(dòng)觀測(cè)站約為150個(gè)，其中海峽西部能見度觀測(cè)站共有67個(gè)(包括17個(gè)含有人工霧觀測(cè)的常規(guī)氣象站)。一天24次的自動(dòng)觀測(cè)相對(duì)于—天4次的人工觀測(cè)來說，能更客觀反映海霧造成的能見度演變情況。

2 原理與方法

要從衛(wèi)星上監(jiān)測(cè)海霧，涉及到的研究對(duì)象包括海岸帶、海洋以及海洋上空的云，其中人們更關(guān)注的是水體和云的特性。圖1是臺(tái)灣海峽上空典型云霧的FY-2E衛(wèi)星可見光通道灰度圖，圖中紅色框區(qū)域?yàn)楹ｌF及低云，綠色框區(qū)域?yàn)橹懈咴?，藍(lán)色框區(qū)域?yàn)榍缈蘸１怼?/p>

圖1 典型云霧的FY-2E衛(wèi)星可見光影像Fig.1 The FY-2E satellite visible light image of typical clouds and sea fog

2.1 白天海霧遙感監(jiān)測(cè)原理

在可見光通道的影像上，暗黑色的晴空海表與云霧的區(qū)別最為明顯； 而中高云呈現(xiàn)為較亮的白色調(diào)，其白亮程度與太陽高度角和云體的密實(shí)程度相關(guān)。由于臺(tái)灣海峽海霧大多為平流霧，因此海霧霧頂高度相對(duì)一致，霧頂亮度變化也比較平緩，紋理均勻，海霧的邊界非常光滑清晰，尤其是海霧的東南邊界呈明顯的弧狀彎曲，這種邊界形狀與偏南風(fēng)的范圍有密切關(guān)系； 海霧的西北邊界由于受陸地和云的影響，形狀不規(guī)則，但霧界仍然分明。

以2015年臺(tái)灣海峽西岸5次典型海霧過程(2月22—26日、3月15—19日、4月2—5日、5月15—16日、5月28—29日)為樣本，采用目視解譯并結(jié)合地面觀測(cè)資料來區(qū)分海霧區(qū)、低云區(qū)、中高云區(qū)以及晴空海洋區(qū)，然后根據(jù)遙感理論分析選區(qū)樣本的可見光、遠(yuǎn)紅外以及中紅外通道的光譜特征和輻射特征，最后得到白天的波譜特征曲線見圖2。

(a) 通道VIS (b) 通道IR1(c) 通道IR4

圖2臺(tái)灣海峽海洋及云霧等下墊面FY-2E衛(wèi)星資料波譜特征曲線

Fig.2FY-2Esatellitespectrumcharacteristiccurveofocean,cloudsandseafoginTaiwanStrait

1)可見光通道的反射特征。在可見光波段，F(xiàn)Y-2E衛(wèi)星接收的能量主要來自下墊面反射的太陽輻射。從圖2(a)可以看出，晴空海表反射率在5%以下，并且變化不大，云霧反射率明顯大于晴空海表，據(jù)此可較好地區(qū)分云霧區(qū)與海表區(qū)； 低層云和海霧的反射率都在30%以下，明顯低于中高云的反射率。理論上霧滴比云中水滴小得多且其滴譜更均勻，相比于同等厚度的低云，海霧來自地面或其他方向上的漫反射和透射少，海霧反射率應(yīng)該低于相同厚度的低云，但是在FY-2E的可見光通道上海霧與低云的反射特性卻表現(xiàn)為十分相似，因此據(jù)此難以對(duì)海霧與低云進(jìn)行區(qū)分。

2)熱紅外通道的輻射特征。在熱紅外波段，F(xiàn)Y-2E衛(wèi)星接收到的能量主要來自下墊面自身發(fā)射的長(zhǎng)波輻射，如果將海表和云霧近似看做黑體，則熱紅外波段的輻射量?jī)H與云霧頂部或海表的亮度溫度有關(guān)，衛(wèi)星接收到的輻射量越多，下墊面的亮溫越高。從圖2(b)可以看出，中高云區(qū)的亮溫最低，一般都在270 K以下，與海霧區(qū)、低云區(qū)和海表區(qū)的亮溫有著明顯的區(qū)別，可以據(jù)此有效區(qū)別中高云和其他下墊面。而海霧的亮溫介于海表和低云之間，由于海霧比低云更接近于海表，與海表的亮溫也更為接近，霧頂高度不及低云頂高，海霧亮溫也比低云溫度高。

3)中紅外通道的反射和輻射特征。中紅外波段位于太陽短波輻射和地球長(zhǎng)波輻射的重疊區(qū)域，白天衛(wèi)星在這一波段獲得的能量既有下墊面反射的太陽輻射又有其自身發(fā)射的紅外輻射，并且二者都不能忽略，如果將中紅外波段的能量全部轉(zhuǎn)化為亮溫值，則從圖2(c)可以看出，除了中高云外，海表、海霧和低云在這一波段沒有特別明顯的波譜特征，但可以通過各下墊面在熱紅外與中紅外通道亮溫差的不同建立輔助判別指標(biāo)，比如海表在熱紅外和中波紅外通道的亮溫差相對(duì)較小，而云的亮溫差值起伏變化很大，海霧的亮溫差介于海表和云之間。

2.2 夜間海霧遙感監(jiān)測(cè)原理

衛(wèi)星在夜間僅可獲得紅外探測(cè)資料，因此夜間海霧遙感識(shí)別比白天更加困難。在夜間，中紅外通道同其他熱紅外通道一樣，主要反映下墊面本身的熱輻射，但是不同特性的下墊面也存在著一定的差異，中紅外通道對(duì)于海洋發(fā)射輻射仍相當(dāng)于黑體，因此海洋中紅外和熱紅外通道的有效溫度大致相同，然而海霧和低云在中紅外通道不是黑體輻射，其比輻射率明顯小于1，因此海霧和低云在中紅外和熱紅外通道的有效溫度存在較為明顯的差異。本研究實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，夜間臺(tái)灣海峽海霧中紅外和熱紅外的亮溫差在0～-3 K，海表的亮溫差在0～1 K，而中高云的亮溫差變化較大并且大都在10 K以上，因此夜間海霧判識(shí)主要采用中紅外和熱紅外的雙通道差值法進(jìn)行。何月等[9]研究發(fā)現(xiàn)，利用中紅外和熱紅外通道的歸一化指標(biāo)比單純的雙通道差值法效果更好，故本研究采用歸一化指標(biāo)計(jì)算方法。

在太陽初升(凌晨)和始落(傍晚)階段，由于可見光通道探測(cè)值隨太陽高度角的變化較為復(fù)雜，中紅外通道內(nèi)包含的反射太陽輻射和自身輻射信息也十分繁雜，兩通道數(shù)據(jù)難以得到真正利用，因此本研究對(duì)于凌晨和傍晚時(shí)段的海霧識(shí)別目前仍采用經(jīng)驗(yàn)閾值加以判別。

2.3 海霧遙感自動(dòng)監(jiān)測(cè)業(yè)務(wù)系統(tǒng)

在海霧監(jiān)測(cè)中，由于日出前后的監(jiān)測(cè)方法存在一定的差別，為此根據(jù)時(shí)間初步劃分白天、夜間、凌晨及傍晚4個(gè)時(shí)段，不同時(shí)段采用衛(wèi)星的不同探測(cè)通道以及通道的不同閾值。海霧特征通道閾值的選取是關(guān)鍵步驟，本研究從臺(tái)灣海峽監(jiān)測(cè)站點(diǎn)中分別選取具有代表性的晴空站點(diǎn)、有霧站點(diǎn)和有云站點(diǎn)，然后分時(shí)段進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析并求取閾值。

在上述研究分析的基礎(chǔ)上，利用FY-2E靜止衛(wèi)星的可見光、熱紅外和中紅外3個(gè)通道數(shù)據(jù)，運(yùn)用可見光反射率閾值法實(shí)現(xiàn)云霧與下墊面背景的自動(dòng)分離； 運(yùn)用熱紅外亮溫閾值實(shí)現(xiàn)海霧和低云與中高云的自動(dòng)分離； 同時(shí)運(yùn)用中紅外和熱紅外通道差值的歸一化指標(biāo)實(shí)現(xiàn)夜間海霧的監(jiān)測(cè)； 最后采用Delphi計(jì)算機(jī)語言建立了一個(gè)臺(tái)灣海峽海霧自動(dòng)判識(shí)監(jiān)測(cè)的業(yè)務(wù)系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有閾值調(diào)整、業(yè)務(wù)時(shí)間表安排、自動(dòng)運(yùn)行和手動(dòng)運(yùn)行轉(zhuǎn)換等功能，同時(shí)在業(yè)務(wù)產(chǎn)品中疊加了自動(dòng)站能見度觀測(cè)數(shù)據(jù)，便于用戶直接快速對(duì)系統(tǒng)生成的海霧產(chǎn)品的準(zhǔn)確度進(jìn)行初步評(píng)估。

3 結(jié)果與分析

3.1 遙感監(jiān)測(cè)結(jié)果

圖3為2015年4月4日發(fā)生在臺(tái)灣海峽西部的一次海霧過程個(gè)例。從中可以看出，本次海霧過程福建沿海海霧從4:00—11:00(北京時(shí)，下同)都一直穩(wěn)定存在，只是分布范圍漸漸變小，11:00以后海霧從南向北逐步退縮，直至15:00福建沿海才基本無霧。該海霧變化過程，符合臺(tái)灣海峽海霧自身的生成、維持、消亡的一般特點(diǎn)。

(a) 2015-04-04 04：00(b) 2015-04-04 05：00(c) 2015-04-04 06：00 (d) 2015-04-04 07：00

(e) 2015-04-04 08：00(f) 2015-04-04 09：00 (g) 2015-04-04 10：00 (h) 2015-04-04 11：00

(i) 2015-04-04 12：00(j) 2015-04-04 13：00 (k) 2015-04-04 14：00 (l) 2015-04-04 15：00

圖3臺(tái)灣海峽一次海霧過程的FY-2E衛(wèi)星動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)結(jié)果

Fig.3OneseafogdynamicmonitoringbyusingFY-2EsatelliteinTaiwanStrait

將海霧遙感監(jiān)測(cè)結(jié)果與沿海能見度自動(dòng)觀測(cè)結(jié)果進(jìn)行疊加顯示，可以看出，在空間分布上遙感監(jiān)測(cè)結(jié)果與能見度自動(dòng)觀測(cè)結(jié)果基本吻合。由此可見，F(xiàn)Y-2E靜止衛(wèi)星資料一小時(shí)一次的高時(shí)間分辨率數(shù)據(jù)可以較好地實(shí)現(xiàn)對(duì)臺(tái)灣海峽海霧的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，這一優(yōu)勢(shì)是極軌衛(wèi)星資料所不可比擬的。

3.2 監(jiān)測(cè)精度分析

根據(jù)2015年臺(tái)灣海峽海霧遙感自動(dòng)監(jiān)測(cè)業(yè)務(wù)系統(tǒng)的逐小時(shí)FY-2E海霧監(jiān)測(cè)產(chǎn)品，收集相應(yīng)時(shí)間點(diǎn)臺(tái)灣海峽西部常規(guī)及自動(dòng)氣象站的能見度觀測(cè)資料形成樣本對(duì)。由于地面實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與遙感監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)在時(shí)間上完全一致，因此作為對(duì)遙感監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行精度評(píng)定的數(shù)據(jù)源是合理的。本研究共收集白天有效樣本6 088對(duì)，夜間樣本7 027對(duì)，然后采用Bendix等[10]提出的精度分析指標(biāo)對(duì)監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行精度檢驗(yàn)，相關(guān)指標(biāo)公式為

(1)

(2)

(3)

式中：POD為命中率(probability of detection,POD)；FAR為誤警率(false alarm ratio,FAR)；MDR為漏檢率(missed detection ratio,MDR)；yy為遙感監(jiān)測(cè)結(jié)果有海霧和地面實(shí)測(cè)結(jié)果一致的站點(diǎn)個(gè)數(shù)；yn為遙感監(jiān)測(cè)結(jié)果有海霧而地面實(shí)測(cè)結(jié)果沒有海霧的站點(diǎn)個(gè)數(shù)；ny為遙感監(jiān)測(cè)結(jié)果沒有海霧而地面實(shí)測(cè)結(jié)果有海霧的站點(diǎn)個(gè)數(shù)。

從2015年白天的監(jiān)測(cè)情況來看，遙感監(jiān)測(cè)結(jié)果有海霧和地面實(shí)測(cè)結(jié)果一致的站點(diǎn)有2 912個(gè)，遙感監(jiān)測(cè)結(jié)果有海霧而地面實(shí)測(cè)結(jié)果沒有海霧的站點(diǎn)有579個(gè)，遙感監(jiān)測(cè)結(jié)果沒有海霧而地面實(shí)測(cè)結(jié)果有海霧的站點(diǎn)有1 185個(gè)(表2)。按Bendix的指標(biāo)法可得到POD=71%，F(xiàn)AR=16.5%，MDR=29%。本研究用同樣的方法也對(duì)夜間海霧監(jiān)測(cè)結(jié)果的精度進(jìn)行了評(píng)價(jià)，得出POD僅為58%。這是因?yàn)樵谝归g、凌晨和傍晚時(shí)段缺少可見光通道，而僅依據(jù)紅外亮溫尚不能較好地區(qū)分低云和海霧，故而造成監(jiān)測(cè)精度低于白天。

表2 2015年臺(tái)灣海峽白天海霧遙感監(jiān)測(cè)站點(diǎn)Tab.2 Precision analysis of daytime sea fog remote sensing monitoring in Taiwan Strait in 2015 (個(gè))

本研究建立的臺(tái)灣海峽海霧衛(wèi)星遙感監(jiān)測(cè)模型，其云霧及海表的識(shí)別分離閾值是基于對(duì)2015年5次典型海霧過程進(jìn)行科學(xué)分析與統(tǒng)計(jì)得到的。為了進(jìn)一步證明該模型閾值的穩(wěn)定性，對(duì)2016年上半年海霧監(jiān)測(cè)模型的業(yè)務(wù)運(yùn)行情況進(jìn)行效果分析，經(jīng)過普查最后共收集白天有效樣本3 975個(gè)，其中遙感監(jiān)測(cè)結(jié)果有海霧和地面實(shí)測(cè)結(jié)果一致的站點(diǎn)共有2 209個(gè)，遙感監(jiān)測(cè)結(jié)果有海霧而地面實(shí)測(cè)結(jié)果沒有海霧的站點(diǎn)有277個(gè)，遙感監(jiān)測(cè)結(jié)果沒有海霧而地面實(shí)測(cè)結(jié)果有海霧的站點(diǎn)有769個(gè)，由此得到2016年上半年該模型業(yè)務(wù)監(jiān)測(cè)POD=74%，F(xiàn)AR=11%，MDR=26%，3個(gè)指標(biāo)均與2015年的監(jiān)測(cè)結(jié)果非常接近，說明模型對(duì)云霧及海表的識(shí)別分離閾值具有較好的穩(wěn)定性。

研究結(jié)果表明，本監(jiān)測(cè)模型對(duì)于臺(tái)灣海峽長(zhǎng)時(shí)間序列的海霧事件，平均判識(shí)精度超過70%，監(jiān)測(cè)效果較為理想，基本能滿足日常海霧監(jiān)測(cè)的需要，靜止衛(wèi)星比極軌衛(wèi)星具有更高的時(shí)間分辨率，可在海霧動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)中發(fā)揮較大作用。但是監(jiān)測(cè)過程出現(xiàn)的漏報(bào)率和誤警率還比較高，究其原因可能除了FY-2E衛(wèi)星的空間分辨率相對(duì)比較低，以及在定標(biāo)計(jì)算中存在一定誤差外，最主要的還是所建模型尚無法有效地分離低云和海霧。這種臨近地面為霧，抬升到一定高度就是低云的現(xiàn)象，特別是低云和海霧高低層疊加在一起的時(shí)候，往往被高空遙感識(shí)別成云，而在地面則觀測(cè)為海霧，是目前利用衛(wèi)星遙感技術(shù)監(jiān)測(cè)海霧還暫時(shí)難以解決的棘手問題。

4 結(jié)論與討論

1)為了適應(yīng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)海霧的業(yè)務(wù)需求，本文利用國產(chǎn)FY-2E靜止衛(wèi)星數(shù)據(jù)建立了臺(tái)灣海峽海霧監(jiān)測(cè)模型，得到每小時(shí)一次的海霧監(jiān)測(cè)產(chǎn)品，有效地克服了極軌衛(wèi)星監(jiān)測(cè)產(chǎn)品時(shí)間分辨率低的缺陷，較好地實(shí)現(xiàn)對(duì)海霧變化過程的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，通過2015年和2016年海霧的衛(wèi)星監(jiān)測(cè)精度分析，表明遙感監(jiān)測(cè)結(jié)果平均判識(shí)精度超過70%，且空間分布上與地面觀測(cè)相吻合，對(duì)于海霧的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)有較好的業(yè)務(wù)應(yīng)用價(jià)值。

2)由于低云的物理特性與海霧十分接近，特別是當(dāng)海霧區(qū)上空存在有其他類型的中高云系覆蓋時(shí)，衛(wèi)星遙感技術(shù)存在局限性。今后可考慮利用不同時(shí)間的觀測(cè)圖像序列，結(jié)合海霧與層云在運(yùn)動(dòng)規(guī)律、消散規(guī)律等方面存在的差異對(duì)海霧和低云加以有效區(qū)分，以提高海霧的監(jiān)測(cè)精度。

3)本研究雖然對(duì)夜間、凌晨和傍晚不同時(shí)間進(jìn)行了分段識(shí)別，但由于訂正后的閾值仍無法完全統(tǒng)一，判識(shí)準(zhǔn)確率均低于白天，因此，對(duì)某一特定時(shí)間段的衛(wèi)星通道選擇和量化判識(shí)指標(biāo)等還有待進(jìn)一步研究，同時(shí)在實(shí)際應(yīng)用中，也需注意判斷閾值的動(dòng)態(tài)性。

4)由于風(fēng)云靜止衛(wèi)星的空間分辨率只有5 km，對(duì)于一些范圍較小的海霧，監(jiān)測(cè)效果不夠理想，今后應(yīng)該融合極軌衛(wèi)星資料高空間分辨率的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)結(jié)合地面自動(dòng)或人工觀測(cè)資料，采用衛(wèi)星和地面實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的點(diǎn)面結(jié)合方式以使海霧的監(jiān)測(cè)精度得到進(jìn)一步提高。

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