基于机器学习的葵花8号静止卫星成像仪AHI云检测算法

来源 :南京信息工程大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:adamsqiu
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
云在天气气候中扮演着重要的角色,云的时空分布和微物理特征对全球辐射能量平衡等都有重要影响。随着气象卫星的不断发展和改进,使用卫星对地球大气进行观测已经成为研究地球大气最为重要的手段之一。新一代静止气象卫星的入轨运行使得国内外研究学者可以对地球的某一区域进行长时间高时空分辨率的观测。其中,云掩膜(云检测)产品作为卫星遥感基础,是下游定量应用中最基础的产品之一。本论文研发了基于机器学习的卫星光谱成像仪云检测算法,用于葵花8号地球同步卫星上的Advanced Himawari Imager(AHI)观测数据的像素识别。本论文使用与星载激光雷达(CALIOP)时空相匹配的雷达主动观测数据给出准确的算法研发和验证参考标签。针对有、无太阳反射通道的观测信息分别开发了用于日间和夜间的算法,并系统对比了人工神经网络和随机森林算法对云识别的效果。为更加合理的获取不同地表类型下云检测结果,我们系统对比了三种不同的地表类型处理方案(简称为独立模型方案、单一参数化方案、多参数方案),并发现通过更合理的处理地表特征(使用多参数表征方案)可以使云检测的准确度提高~3%。使用独立的CALIOP云产品结果作为验证,我们的机器学习日间算法优于目前的AHI官方产品,基于随机森林的算法将云像素检测精度提高了5%,达到94%。仅采用红外观测数据的夜间算法也相当稳定,云和晴空像元检测的精度均在87%左右。目前AHI云识别部分错误分类可能是因为其缺少1.38μm强水汽通道,导致对薄卷云识别较为困难。后续,我们将探讨通过使用额外的信息(如云的时空分布、观测几何信息等)等方法进一步优化算法的性能。
其他文献
本文使用最新的中国台站气温观测资料和全球大气再分析资料系统地研究了近60年来寒潮等冷空气频数和强度的气候学特征和不同类型平流层爆发性增温的特征、成因及对下层大气的反馈,并从等熵位涡的角度分析了北半球冬季平流层爆发性增温与2010年2月寒潮的联系,探索造成寒潮可能的原因和机理。主要结论如下:(1)中国寒潮等冷空气过程的频数和强度有明显的月际和季节差异,区域型寒潮在秋季发生频数最多,全国型寒潮、区域型
本文基于CWRF模拟集合中27组试验成员以及ERA5、MERRA-2两组再分析资料中1990-2011年夏季(6、7、8月)数据,研究CWRF不同参数化方案的改变对陆气耦合的影响。论文首先通过华北地区降水日变化评估了CWRF的模拟性能,接着选取三种不同的陆气耦合指标:土壤湿度与潜热的相关、潜热与抬升凝结高度的相关以及边界层厚度与抬升凝结高度的差值与云量的相关。通过对这三个指标分析CWRF不同物理参
极端垂直运动对热带气旋强度和结构变化有重要作用。实际观测中发现,热带气旋内部伴有极端上升运动,但与之相联系的小尺度系统尚未可知。本文分析了边界层大涡技术下,三组不同水平分辨率(333 m、111 m和37 m)的WRF模拟结果,给出了热带气旋眼墙附近的极端垂直运动时空分布,并对相关小尺度精细结构进行了定性分类追踪。其主要研究成果如下:(1)三组试验中,热带气旋眼墙垂直运动特征与观测一致,均近似满足
本文利用NCEP/NCAR再分析数据集、NOAA和英国气象局哈德莱中心提供的逐月海表温度资料、University of Delaware提供的逐月降水资料和地表气温资料以及CAM5.1数值模式,利用统计诊断,如合成分析,回归分析等,分析了春季热带大西洋海温异常的时空分布特征,并在此基础上分别讨论了,1970-1995和1996-2018年春季热带大西洋海温异常对欧亚大陆气温和降水的不同影响以及可
多年冻土湿地与大气之间不断进行感热、潜热和蒸散等能量和物质交换,形成了独特的湿地生态系统和特有的气候环境,其能量交换变化情况对多年冻土湿地生态环境的发展和区域气候变化有重要的影响,因此深入研究以多年冻土湿地为下垫面的能量通量和水汽交换是十分必要的,但是我国还没有对此生态系统陆面水热通量观测研究。本研究基于涡动相关法,在大兴安岭多年冻土区一块典型湿地开展两年生长季能量通量和蒸散观测,以揭示多年冻土湿
浅对流云在大气的动力和热力过程中起到了至关重要的作用,但是目前对浅对流宏微观物理量影响因子的理论认识仍然很不充分,尤其是与云滴谱离散度相关的过程以及气溶胶的作用。本文利用大涡模式(WRF-LES)和分档微物理方案(SBM)对1995年SCMS95(Small Cumulus Microphysics Study 1995)观测项目中一次飞机观测的浅对流云系进行了模拟,并研究了浅对流宏微观物理量的影
大气边界层是大气热量、动量以及各种物质上下输送的重要通道,边界层中发生的强对流天气、污染物传输等过程均极大地影响人类生活,引起越来越多学者的重视。但由于大气边界层具有空间尺度小、时间变化快、对下垫面敏感的特点,目前数值模拟效果不能尽如人意。资料同化是改进数值模拟结果的重要途径。本文利用2016年8月28日08时—9月2日08时在北京市宝联、朝阳和大兴三站同时进行观测实验的逐3 h加密探空资料,采用
城市高分辨土地利用分类数据对城市气象及相关学科的发展至关重要。局地气候区(Local Climate Zone,LCZ)是一种新的城市高分辨土地利用分类体系。本文基于LCZ分类体系,首先基于当前广泛使用的世界城市数据库及门户工具(World Urban Database and Access Portal Tools,WUDAPT)方法制作了中国63个大城市及城市群的LCZ数据集。进一步的研究中,
本文通过在不同环境下的多类型能见度仪的对比观测试验获取的能见度、相关气象要素、颗粒物质量浓度和粒径等观测数据,探究了不同气象条件下前向散射式和透射式能见度仪、激光雷达能见度仪之间的测量值误差和差异性特征,研究结果表明:1、前向散射式和透射式能见度仪在能见度环境模拟舱内纯水雾情况下测量值的变化趋势相同,具有良好的一致性,前向散射式比透射式能见度仪测量值偏大,两种能见度仪测量值之间的平均绝对误差随着能
地表与大气之间的能量交换影响着天气演变、碳水循环和气候变化,感热通量是地表与大气之间能量交换的重要形式,是地表加热大气的主要途径。目前,涡度相关技术被广泛用于观测地表与大气之间的感热交换,但该技术需要的设备价格昂贵、数据后处理复杂,导致其观测站点有限、空间代表性不足,急需发展设备价格低廉、观测原理简单和计算算法准确的新的感热通量观测技术。通量-方差法基于方差相似性原理,仅需温度标准差和大气稳定度判