基于ASTER影像的云顶高度及云迹风立体解算方法研究

来源 :南京信息工程大学 | 被引量 : 3次 | 上传用户:zfjbjxw
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云在地球大气能量收支平衡中具有显著的调节作用,是影响天气变化的重要因子,实时准确地测定云顶高度、云所在高空西风气流,对气象研究和气候预测等领域具有重要意义。本文创新性的将数字摄影测量理论与遥感技术进行有效结合,将其引入云顶高度和云迹风反演研究中,并通过选用极轨Terra-ASTER单星多角度3N、3B影像代替常规的静止气象卫星双星影像,实现了分辨率由低至高的转换。在此基础上,本文重点研究了ASTER高分辨率影像的高效匹配方法,解决了对高分辨率、纹理细节变化明显和高亮度云区的高精度、高密度匹配,为后续研究提供数据支持。随后,根据ASTER多角度影像的线阵成像特点,综合考虑云移动对云高解算的影响,构建了针对ASTER影像的云顶高度解算模型和云迹风反演方法,联合匹配结果即可解算获得云顶高度和影响云移动的西风气流。为保证云高模型与云迹风方法的正确性和可靠性,解算结果还分别同云产品和探空资料进行了对比及验证分析。这项研究是对精确化、精细化云信息、风信息的探索,它对将卫星资料有效应用于数值天气预报、气象观测和气候预测提供可靠依据。本文主要工作如下:(1)针对ASTER立体像对云区高分辨率、纹理细节变化明显、灰度高亮、难匹配的特点,首先采用降低影像分辨率的方法缩小影像细节对比差距,并通过图像增强算法,包括分段线性增强和高斯低通滤波增强算法,强化影像细节、突出对比度、削弱灰度亮度,随后通过采用创新性的增强合并匹配法,有效地提高了匹配密度与精度,为随后的云高解算和云迹风反演提供数据保障。(2)根据遥感技术与数字摄影测量理论,结合ASTER影像线阵成像特性,综合考虑云移动对云高解算的影响,建立了针对ASTER影像的云高解算模型。通过模型获得无风云高和有风云高后,分别通过控制点对模型系统误差的检验、MISR云高产品对无风云高解算结果的检验、风云云分类产品和CloudSat云卫星产品对有风云高解算结果的联合检验三种方法检验模型结果。对比结果均显示,本文模型可靠性较高,计算结果达到了较好的可行性与可信性。(3)根据云迹风理论进行了与云高解算相同数据、相同实验区的云迹风反演实验,并分别进行模型计算水平风与云迹风的互检验、27年全国月平均风速探空资料对模型计算水平风与云迹风的检验。检验结果显示,各方法不论在风速风向的分布范围还是分布趋势上,都保持基本一致,证明了本文云迹风反演方法以及ASTER云顶高度解算模型解算高空风速部分的可行性与可信性,同时也间接证明了模型解算有风云高的可靠性。
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