宁波大学信息科学与工程学院，浙江 宁波 315211
遥感卫星具有覆盖范围广、连续观测等特点，被广泛应用于海雾识别相关研究。本文首先借助能够穿透云层，获取大气剖面信息的星载激光雷达(cloud-aerosol LiDAR with orthogonal polarization, CALIOP)对中高云、低云、海雾、晴空海表样本进行了标注。然后结合葵花8号卫星(Himawari-8)多通道数据提取了各类样本的亮温特征与纹理特征。最后根据海雾监测的需求，抽象出海雾监测的推理决策树，并据此建立深度神经决策树模型，实现了高精度监测夜间海雾的同时具备较强的可解释性。选择2020年6月5日夜间Himawari-8每时次连续观测数据进行测试，监测结果能够清晰地展现此次海雾事件的动态发展过程。同时本文方法海雾监测平均命中率(probability of detection, POD)为87.32%，平均误判率(false alarm ratio, FAR)为13.19%，平均临界成功指数(critical success index, CSI)为77.36%，为海上大雾的防灾减灾提供了一种新方法。
1 长春理工大学电子信息工程学院，吉林 长春 130022
2 长春理工大学空地激光通信技术国防重点学科实验室，吉林 长春 130022
使用Stokes矢量表征光子的偏振状态，基于Mie散射理论计算出Muller矩阵，并将该矩阵用于体现海雾粒子的散射特性，利用蒙特卡罗方法求解海雾环境下的矢量辐射传输问题，从而模拟光子在海雾粒子中的散射情况。研究讨论了不同海雾粒子半径下，透射率和反射率随传输距离的变化情况，以及不同入射光偏振态及不同波长的入射光条件下，偏振度随海雾能见度的变化情况。该仿真实验结果为光在海雾粒子中偏振传输特性的研究提供了有益参考。
散射 偏振传输特性 矢量辐射传输 蒙特卡罗仿真 海雾环境 激光与光电子学进展
2021, 58(3): 0329001
1 中国海洋大学信息科学与工程学院,山东 青岛 266100
2 青岛海洋科学与技术国家实验室区域海洋动力学与数值模拟功能实验室,山东 青岛 266200
新一代静止轨道气象卫星Himawari-8静止气象卫星具有空间分辨率高可持续性观测的特点,对海雾监测具有重要的意义。 星载激光雷达(Cloud-aerosol lidar with orthogonal polarization, CALIOP)可以探测大气的垂直剖面信息。利用CALIOP 数据进行海雾检测,获得4类样本点:中高云、低云、海雾和海表样本点,并将这些样本点用于Himawari-8 日间海雾检测的 通道选择和动态阈值设定的研究中,建立一套Himawari-8日间海雾检测算法。利用CALIOP和中国气象局国家卫星气象中心的 气象卫星雾监测报告数据对海雾检测方法进行验证。对比CALIOP数据,海雾检出率63.42%,漏检样本点中晴空海表占比71.54%; 对比雾监测产品,海雾检测率89.7%。结果表明,提出的海雾检测算法是可行的。
日间海雾检测 动态阈值 Himawari-8 Himawari-8 CALIOP CALIOP daytime sea fog detection dynamic threshold 大气与环境光学学报
2019, 14(3): 211
海军大连舰艇学院 航海系, 辽宁 大连 116018
为了精准研究舰载红外系统在海雾条件下的探测能力, 提高舰载防御系统在复杂条件下的作战使用效率, 在对红外系统工作原理和实际装备使用情况进行深入调查研究的基础上, 提出了以“两步计算法”来求取舰载红外系统在海雾中的有效探测距离。首先, 根据海雾强度水平先行求出红外传感器的理论探测距离, 然后对探测能力指数进行了定义并根据计算结果判断是否需要用探测能力指数二次计算有效探测距离。探测能力指数模型综合考虑了人、海洋环境和设备三方交互影响的因素, 以判断矩阵合理确定各方权重, 较好地解决了单纯依靠海雾信息进行计算而出现的失灵问题。
海雾 舰载红外系统 探测距离 求解模型 sea fog shipboard infrared system detection range calculation model 红外与激光工程
2019, 48(5): 0504002
由于长波红外及中波红外辐射受雾滴中水汽的影响明显，结合大气红外探测仪(Atmospheric Infrared Sounder, AIRS)的特征，利用快速辐射传输模式(Community Radiative Transfer Model, CRTM)分别模拟了两个波段的通道辐射信息。对下垫面辐射和模式上行辐射进行分析后发现：(1)为排除下垫面的干扰，将CRTM模式的底层上行辐射减去下垫面辐射，此时分离出的贴地面辐射值大小与海雾的强弱分布一致，因此可用于对海雾水平分布的监测。(2）模式上行辐射及其梯度随高度的变化反映了垂直方向上的海雾强度变化;通过对其进行分析可实现对海雾垂直结构的监测。(3）分别对中波红外和长波红外通道辐射进行模拟分析后发现，两者均可反映海雾的三维空间特性。
海雾 模拟 监测 水平分布 垂直结构 sea fog simulate monitor horizontal distribution vertical structure
1 海军大连舰艇学院 航海系, 辽宁 大连 116018
2 海军大连舰艇学院 海洋测绘系, 辽宁 大连 116018
在对我国不同纬度海雾观测资料总结归纳的基础上, 建立了我国海雾微物理结构的拟合分布模型, 归纳了我国海雾的总体特点。标定了最常见海雾的尺度参数, 并根据红外辐射在海雾中的散射与吸收特性, 定量分析了不同海雾的消光系数, 根据米氏散射定律定量计算了中红外波段下海面平流雾的散射衰减度, 并据此与实验结果进行了比对, 吻合性较好。根据米氏理论, 在较浓平流雾条件下, 雾滴为盐溶液时, 中红外波段的消光系数均值为2.90, 海雾消光系数随着尺度参数的增大呈现出单调减小的特点; 而在纯水条件下, 消光系数均值为3.35, 消光系数随着尺度参数的增大而单调增加。
海雾 尺度参数 中红外辐射 衰减 sea fog scale parameter intermediate infrared radiation attenuation 红外与激光工程
2017, 46(8): 0804001
山东理工大学电气与电子工程学院, 山东 淄博255049
通过测量空间辐射反演海雾气溶胶的微观特性是一种重要的遥感方法, 但是海雾对辐射的反射会受到海面背景的影响。 该工作研究了海雾与海面的耦合多次散射。 利用Mie理论研究了海雾气溶胶的单次散射特性, 利用辐射传输理论研究太阳光在无下垫面海雾中传输多次散射特性; 在基尔霍夫近似下研究了风驱粗糙海面的散射特性, 并考虑了海面的遮蔽效应, 得到了风驱海面随风速的反射函数。 根据累加法研究了海雾和海面的耦合散射, 计算结果表明海雾在有粗糙海面作为背景的情况下, 其整体反射有较大增强。
光散射 辐射传输 海雾 粗糙海面 Light scattering Radiative transfer Sea fog Rough sea surface 光谱学与光谱分析
2013, 33(8): 2075
国家海洋局第二海洋研究所卫星海洋环境动力学国家重点实验室, 浙江 杭州 310012
为实现海雾的卫星自动监测, 利用大量AVHRR3/NOAA17卫星观测数据, 比较不同目标物(海雾区、不同云系及晴空下垫面)在可见光、近红外波段的反射辐射特性差异, 统计分析了海雾的遥感光学辐射特性。结果表明,海雾区三通道反射率满足RCh1>RCh3a>RCh2, 甚至出现RCh3a>RCh1>RCh2, 不同于其它目标物(RCh1>RCh2>RCh3a)。运用Streamer辐射传输模式模拟了海雾、不同云系在卫星高度处的三通道反射率特性, 从理论上进一步验证了海雾所具有的光学辐射特性, 同时指出, Ch3a的反射率对粒子粒径的响应明显, 即粒子粒径越小, Ch3a的反射率越高。通过米氏散射理论对这一现象进行原因分析。
遥感 光学辐射特性 光谱分析 辐射模拟 海雾
