沙尘暴监测与预警技术研究
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摘要
近年来,我国北方连续发生大范围的沙尘暴,给交通运输、生态环境、人们的日常生活和工作带来了不利影响,沙尘暴问题成了全社会关注的焦点。而沙尘暴监测与预警技术的研究在防灾和减灾中就显得尤为紧迫和重要。
本文概述了沙尘暴的基本定义和特征,研建了我国受沙化影响地区的生态环境数据库,包括沙尘暴发生、发展及影响的主要地区,典型地区(重点地区)的地理环境、气候条件和自然资源与人为活动数据库,为沙尘暴的监测与预警奠定了数据基础。
探讨了以地面气象台站、气象卫星和资源卫星等多源信息为基础,沙尘暴发生、发展以及危害机理。建立了沙尘暴发生、运动、作用模型,提出了沙尘暴遥感图像特征提取技术标准规范,研究了沙尘暴信息提取技术方法、沙尘暴监测标准同一化与强度标定方法、静止气象卫星监测沙尘暴信息提取方法。从而进行浮尘、扬沙、沙尘暴到强沙尘暴的精确识别。
根据卫星遥感获取的沙尘信息主要体现沙尘在垂直方向的分布情况,建立了卫星遥感获取的沙尘垂直分布信息和地面水平能见度之间的对应关系,探讨了估测沙尘强度的方法。使用两年的卫星遥感资料和地面观测资料进行对比分析,利用计算得到的归一化沙尘分布指数作为沙尘垂直分布的强度指标与水平能见度作回归分析,结果表明,用遥感资料可以准确的表示沙尘暴强度。
本文通过对二十年来,我国主要沙尘暴过程的卫星云图与天气形势,进一步分析沙尘暴产生的冷空气路径,天气形势产生沙尘暴的动力条件,研究沙尘暴的影响范围,在分析沙尘暴形成的机制基础上找出预报着眼点,进而确定相应的天气图关键区,选择关键区内的气象站的高空与地面要素,建立分类模型、热力模型和动力模型,最后形成了沙尘暴短时预警模式。
在沙尘暴预警方法研究中,不仅考虑沙尘暴发生的动力因子-气象因子,也充分考虑沙尘暴发生的物质因素-地面状况。研究了地表植被状况与沙尘暴天气的发生强度之间的密切关系。本研究中用归一化植被指数作为预报因子对沙尘暴天气进行预报,提高了预警的准确率。
研究结果表明,利用卫星遥感技术,结合地面观测数据对沙尘天气的形成、发展和扩散进行跟踪观测,通过分析可判明沙尘暴起源、路径、强度和影响范围,是形成实用的沙尘天气监测与预警系统的可行方法之一。本研究为沙尘暴监测与预警系统的业务运行探索了一条可行之路。
In recent years, large scale of sand and dust storms have continuously taken place in the north of China, which made a bad impact on traffic, environment and people's normal life, especially made people's casualty in few area. Moreover, with the fast improvement of citified level and fast development of traffic and civil aviation, the loss made by the same sand and dust weather largely increased. The problem of sand and dust storms becomes the focus greatly concerned by the world, so it is very urgent and important to research the technology of sand and dust storms monitoring and early warning.The definition and characters of sand and dust storms are generally described at first in the paper. Then, the environment database of desertification-affected area including the main areas of its occurrence, development and affected, and the database of geography, climate, natural resources and people activities in typical area are build, which lay a foundation on sand and dust storms monitoring and early warning.The principal of its occurrence, development and damage are discussed based on multi-sources information such as spot data, tiros and resource satellites etc.. And then the models of its occurrence, movement and action are established. Therefore, the standard and criterion of remote sensing image processing and character classifying are put forward. Moreover, the techniques of sand and dust storms information extracting, assimilation of its monitoring standard, intensity demarcation. At last, weather from floating, dust to normal and violent dust storms is accurately identified.Based on the fact that sand and dust information from remote sensing processing mainly show its distributing status on the vertical direction, the relation between the information on the vertical direction and horizontal visibility on the ground is established. And the monitoring technique of sand and dust density is also discussed in the paper. The remote sensing resources and the ground observation data in two years are used to compare with and analyze. And then the calculated assimilation index of sand and dust distribution is used as density index of its vertical distribution to make regression analysis with horizontal visibility. The results indicate that the remote sensing resource can be used to exactly show the density of sand and dust storms.
本文概述了沙尘暴的基本定义和特征,研建了我国受沙化影响地区的生态环境数据库,包括沙尘暴发生、发展及影响的主要地区,典型地区(重点地区)的地理环境、气候条件和自然资源与人为活动数据库,为沙尘暴的监测与预警奠定了数据基础。
探讨了以地面气象台站、气象卫星和资源卫星等多源信息为基础,沙尘暴发生、发展以及危害机理。建立了沙尘暴发生、运动、作用模型,提出了沙尘暴遥感图像特征提取技术标准规范,研究了沙尘暴信息提取技术方法、沙尘暴监测标准同一化与强度标定方法、静止气象卫星监测沙尘暴信息提取方法。从而进行浮尘、扬沙、沙尘暴到强沙尘暴的精确识别。
根据卫星遥感获取的沙尘信息主要体现沙尘在垂直方向的分布情况,建立了卫星遥感获取的沙尘垂直分布信息和地面水平能见度之间的对应关系,探讨了估测沙尘强度的方法。使用两年的卫星遥感资料和地面观测资料进行对比分析,利用计算得到的归一化沙尘分布指数作为沙尘垂直分布的强度指标与水平能见度作回归分析,结果表明,用遥感资料可以准确的表示沙尘暴强度。
本文通过对二十年来,我国主要沙尘暴过程的卫星云图与天气形势,进一步分析沙尘暴产生的冷空气路径,天气形势产生沙尘暴的动力条件,研究沙尘暴的影响范围,在分析沙尘暴形成的机制基础上找出预报着眼点,进而确定相应的天气图关键区,选择关键区内的气象站的高空与地面要素,建立分类模型、热力模型和动力模型,最后形成了沙尘暴短时预警模式。
在沙尘暴预警方法研究中,不仅考虑沙尘暴发生的动力因子-气象因子,也充分考虑沙尘暴发生的物质因素-地面状况。研究了地表植被状况与沙尘暴天气的发生强度之间的密切关系。本研究中用归一化植被指数作为预报因子对沙尘暴天气进行预报,提高了预警的准确率。
研究结果表明,利用卫星遥感技术,结合地面观测数据对沙尘天气的形成、发展和扩散进行跟踪观测,通过分析可判明沙尘暴起源、路径、强度和影响范围,是形成实用的沙尘天气监测与预警系统的可行方法之一。本研究为沙尘暴监测与预警系统的业务运行探索了一条可行之路。
In recent years, large scale of sand and dust storms have continuously taken place in the north of China, which made a bad impact on traffic, environment and people's normal life, especially made people's casualty in few area. Moreover, with the fast improvement of citified level and fast development of traffic and civil aviation, the loss made by the same sand and dust weather largely increased. The problem of sand and dust storms becomes the focus greatly concerned by the world, so it is very urgent and important to research the technology of sand and dust storms monitoring and early warning.The definition and characters of sand and dust storms are generally described at first in the paper. Then, the environment database of desertification-affected area including the main areas of its occurrence, development and affected, and the database of geography, climate, natural resources and people activities in typical area are build, which lay a foundation on sand and dust storms monitoring and early warning.The principal of its occurrence, development and damage are discussed based on multi-sources information such as spot data, tiros and resource satellites etc.. And then the models of its occurrence, movement and action are established. Therefore, the standard and criterion of remote sensing image processing and character classifying are put forward. Moreover, the techniques of sand and dust storms information extracting, assimilation of its monitoring standard, intensity demarcation. At last, weather from floating, dust to normal and violent dust storms is accurately identified.Based on the fact that sand and dust information from remote sensing processing mainly show its distributing status on the vertical direction, the relation between the information on the vertical direction and horizontal visibility on the ground is established. And the monitoring technique of sand and dust density is also discussed in the paper. The remote sensing resources and the ground observation data in two years are used to compare with and analyze. And then the calculated assimilation index of sand and dust distribution is used as density index of its vertical distribution to make regression analysis with horizontal visibility. The results indicate that the remote sensing resource can be used to exactly show the density of sand and dust storms.
引文
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