一种基于MODIS数据的大气相对湿度估算方法.pdf

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1、(10)申请公布号 CN 104036086 A (43)申请公布日 2014.09.10 C N 1 0 4 0 3 6 0 8 6 A (21)申请号 201410279438.8 (22)申请日 2014.06.17 G06F 17/50(2006.01) (71)申请人杭州电子科技大学 地址 310018 浙江省杭州市下沙高教园区2 号大街1158号 (72)发明人范娇 (54) 发明名称 一种基于MODIS数据的大气相对湿度估算方 法 (57) 摘要 本发明涉及一种基于MODIS数据的大气相对 湿度估算方法，能够应用在气象监测、雾霾检测等 遥感应用部门。该方法包括：1)提取待研究日的。

2、 MODIS产品MOD05数据中17、18、19通道上大气可 降水量数据，提取待研究日的MODIS产品MOD07中 的地表温度数据；2)利用大气辐射传输模拟软件 MODTRAN4计算得出分别对应于MODIS的17、18、 19通道的大气透过率；3)将完成预处理操作后的 MOD05数据中17、18、19通道上的大气可降水量加 权平均作为待研究日的平均大气可降水量，其中 每个通道上大气可降水量的权重由上一步中的大 气透过率决定；4)分别计算出地面实际水汽压值 和地面饱和水汽压值，根据公式得出大气相对湿 度。 (51)Int.Cl. 权利要求书1页 说明书4页 附图1页 (19)中华人民共和国国家知。

3、识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书4页 附图1页 (10)申请公布号 CN 104036086 A CN 104036086 A 1/1页 2 1.一种基于MODIS数据的大气相对湿度估算方法，其特征在于包含以下步骤： 1)提取待研究日的MODIS产品MOD05数据中17、18、19通道上大气可降水量数据，提取 待研究日的MODIS产品MOD07中的地表温度数据，对所提取数据进行图像校正、去除异常值 的预处理操作； 2)利用大气辐射传输模拟软件MODTRAN4计算得出分别对应于MODIS的17、18、19通 道的大气透过率。具体为：将MODIS影像所在地区的大气剖面模式、大。

4、气路径、辐射模式、 散射模式作为MODTRAN4软件的输入参数，将MODIS传感器的位置参数(角度和高度)作为 MODTRAN4软件的输入参数，计算大气在890nm波段(对应于MODIS数据的17通道)，带宽 为10nm的大气透过率 1 ，计算大气在930nm波段(对应于MODIS数据的18通道)，带宽 为10nm的大气透过率 2 ，计算大气在915nm波段(对应于MODIS数据的19通道)，带宽 为10nm的大气透过率 3 。 3)设完成预处理操作后的MOD05数据中17、18、19通道上的大气可降水量 分别为w 17 ，w 18 ，w 19 ，将w 17 、w 18 、w 19 加权平均作。

5、为待研究日的平均大气可降水量， 其中每个通道上大气可降水量的权重由上一步中的大气透过率决定；具体为 W表示待研究日的平均大气可降水 量， 1 为步骤2)中得到的大气在890nm波段，带宽为10nm的大气透过率， 2 为步骤2)中 得到的大气在930nm波段，带宽为10nm的大气透过率， 3 为步骤2)中得到的大气在915nm 波段，带宽为10nm的大气透过率。 4)根据公式计算出地面实际水汽压值，具体为：地面实际水汽压值用E 0 表示，E 0 a+bW，其中W表示上一步骤中得到的待研究日的平均大气可降水量，a、b为经验系数，其 值为a5.097，b3.669。 5)使用MOD07中的地表温度数。

6、据，根据地表温度与地面饱和水汽压的关系，计算出地 面饱和水汽压值，计算地面实际水汽压与地面饱和水汽压的比值即可得到大气相对湿度。 2.根据权利要求1所述的一种基于MODIS数据的大气相对湿度估算方法，其特征在于： 所述的步骤3)中w 17 为MOD05数据预处理之后17通道上的大气可降水量数据的平均值，含 terra卫星数据和aqua卫星数据；w 18 为MOD05数据预处理之后18通道上的大气可降水量 数据的平均值，含terra卫星数据和aqua卫星数据；w 19 为MOD05数据预处理之后19通道 上的大气可降水量数据的平均值，含terra卫星数据和aqua卫星数据。 3.根据权利要求书1。

7、所述的一种基于MODIS数据的大气相对湿度估算方法，其特征在 于：所述的步骤5)中使用的MOD07地表温度数据为待研究日经过预处理后的所有地表温度 数据的平均值，含terra卫星数据和aqua卫星数据。 权 利 要 求 书CN 104036086 A 1/4页 3 一种基于 MODIS 数据的大气相对湿度估算方法 技术领域 0001 本发明涉及大气遥感领域，尤其是涉及一种基于MODIS数据的大气相对湿度估算 方法。 背景技术 0002 伴随着工业、交通和城市化的迅猛发展，大气中的颗粒物含量增多，我国东部广大 地区遭遇严重的大气污染，先后多次持续多日的大范围雾霾天气。雾霾天气是一种重要的 城市气。

8、象灾害，除了低能见度对交通运输、工农业生产具有严重的危害外，还由于其复杂的 化学成分和沉降过程给人体健康和生态环境带来多重不利的影响。近年来，雾霾监测技术、 形成机理、数值预报技术以及对雾霾的预警技术已成为亟需解决的问题。 0003 雾与霾天气的判定一般可以根据能见度与相对湿度来进行区分，根据中国气象局 2010年发布的霾的观测与预报等级(QXT113-2010)中规定，能见度小于10km，相对湿度 小于80时天气判别为霾，相对湿度8095时为雾霾。由此可见，相对湿度在雾霾判 定方面有着及其重要的意义。 0004 MODIS是搭载在terra和aqua卫星上的一个重要的传感器，拥有36个波段，。

9、光谱 范围广，跨度从0.4um14.4um。其飞行与太阳同步，每天同一区域至少获得两幅图像。 MODIS产品数据面向全球免费使用，能简便、快捷的用于大气校正、气溶胶反演以及其他相 关遥感研究。当前利用MODIS产品数据估算大气相关参数的方法已经得到越来越广泛的研 究。 发明内容 0005 本发明的目的在于提供一种基于MODIS数据的大气相对湿度估算方法，通过 MODIS数据建立数学模型来分别确定地面实际水汽压值与地面饱和水汽压值，根据相关公 式得出相对湿度的值。 0006 为实现上述目的，本发明采用以下步骤： 0007 1)提取待研究日的MODIS产品MOD05数据中17、18、19通道上大气。

10、可降水量数据， 提取待研究日的MODIS产品MOD07中的地表温度数据，对所提取数据进行图像校正、去除异 常值的预处理操作； 0008 2)利用大气辐射传输模拟软件MODTRAN4计算得出分别对应于MODIS的17、18、19 通道的大气透过率。具体为：将MODIS影像所在地区的大气剖面模式、大气路径、辐射模式、 散射模式作为MODTRAN4软件的输入参数，将MODIS传感器的位置参数(角度和高度)作为 MODTRAN4软件的输入参数，计算大气在890nm波段(对应于MODIS数据的17通道)，带宽 为10nm的大气透过率 1 ，计算大气在930nm波段(对应于MODIS数据的18通道)，带宽。

11、 为10nm的大气透过率 2 ，计算大气在915nm波段(对应于MODIS数据的19通道)，带宽 为10nm的大气透过率 3 。 0009 3)设完成预处理操作后的MOD05数据中17、18、19通道上的大气可降 说 明 书CN 104036086 A 2/4页 4 水量分别为w 17 ，w 18 ，w 19 ，将w 17 、w 18 、w 19 加权平均作为待研究日的平均大气可降水 量，其中每个通道上大气可降水量的权重由上一步中的大气透过率决定；具体为 W表示待研究日的平均大气可降水量， 1 为步骤2)中得到的大气在890nm波段，带宽为10nm的大气透过率， 2 为步骤2)中得 到的大气在。

12、930nm波段，带宽为10nm的大气透过率， 3 为步骤2)中得到的大气在915nm 波段，带宽为10nm的大气透过率。 0010 4)根据公式计算出地面实际水汽压值，具体为：地面实际水汽压值用E 0 表示，E 0 a+bW，其中W表示上一步骤中得到的待研究日的平均大气可降水量，a、b为经验系数，其 值为a5.097，b3.669。 0011 5)使用MOD07中的地表温度数据，根据地表温度与地面饱和水汽压的关系，计算 出地面饱和水汽压值，计算地面实际水汽压与地面饱和水汽压的比值即可得到大气相对湿 度。 0012 所述的步骤3)中w 17 为MOD05数据预处理之后17通道上的大气可降水量数据。

13、的 平均值，含terra卫星数据和aqua卫星数据；w 18 为MOD05数据预处理之后18通道上的大 气可降水量数据的平均值，含terra卫星数据和aqua卫星数据；w 19 为MOD05数据预处理之 后19通道上的大气可降水量数据的平均值，含terra卫星数据和aqua卫星数据。 0013 所述的步骤5)中使用的MOD07地表温度数据为待研究日经过预处理后的所有地 表温度数据的平均值，含terra卫星数据和aqua卫星数据。 附图说明 0014 图1是本发明的工作流程示意图。 0015 图2是采用杭州地区2013年1月至10月的MODIS产品数据对本发明的方法进行 操作的操作结果与浙江省气。

14、象站提供的数据之间的对比图。 具体实施方式 0016 下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。 0017 如图1所示，本发明包含以下步骤： 0018 1)提取待研究日的MODIS产品MOD05数据中17、18、19通道上大气可降水量数据， 提取待研究日的MODIS产品MOD07中的地表温度数据，对所提取数据进行图像校正、去除异 常值的预处理操作； 0019 2)利用大气辐射传输模拟软件MODTRAN4计算得出分别对应于MODIS的17、18、19 通道的大气透过率。具体为：将MODIS影像所在地区的大气剖面模式、大气路径、辐射模式、 散射模式作为MODTRAN4软件的输入参数，将MODIS。

15、传感器的位置参数(角度和高度)作为 MODTRAN4软件的输入参数，计算大气在890nm波段(对应于MODIS数据的17通道)，带宽 为10nm的大气透过率 1 ，计算大气在930nm波段(对应于MODIS数据的18通道)，带宽 为10nm的大气透过率 2 ，计算大气在915nm波段(对应于MODIS数据的19通道)，带宽 为10nm的大气透过率 3 。 0020 3)设完成预处理操作后的MOD05数据中17、18、19通道上的大气可降 说 明 书CN 104036086 A 3/4页 5 水量分别为w 17 ，w 18 ，w 19 ，将w 17 、w 18 、w 19 加权平均作为待研究日的。

16、平均大气可降水 量，其中每个通道上大气可降水量的权重由上一步中的大气透过率决定；具体为 W表示待研究日的平均大气可降水量， 1 为步骤2)中得到的大气在890nm波段，带宽为10nm的大气透过率， 2 为步骤2)中得 到的大气在930nm波段，带宽为10nm的大气透过率， 3 为步骤2)中得到的大气在915nm 波段，带宽为10nm的大气透过率。 0021 4)根据公式计算出地面实际水汽压值，具体为：地面实际水汽压值用E 0 表示，E 0 a+bW，其中W表示上一步骤中得到的待研究日的平均大气可降水量，a、b为经验系数，其 值为a5.097，b3.669。 0022 5)使用MOD07中的地表。

17、温度数据，根据地表温度与地面饱和水汽压的关系，计算 出地面饱和水汽压值，计算地面实际水汽压与地面饱和水汽压的比值即可得到大气相对湿 度。 0023 所述的步骤3)中w 17 为MOD05数据预处理之后17通道上的大气可降水量数据的 平均值，含terra卫星数据和aqua卫星数据；w 18 为MOD05数据预处理之后18通道上的大 气可降水量数据的平均值，含terra卫星数据和aqua卫星数据；w 19 为MOD05数据预处理之 后19通道上的大气可降水量数据的平均值，含terra卫星数据和aqua卫星数据。 0024 所述的步骤5)中使用的MOD07地表温度数据为待研究日经过预处理后的所有地 。

18、表温度数据的平均值，含terra卫星数据和aqua卫星数据。 0025 所述的步骤5)中地表温度与地面饱和水汽压的关系为下式： 0026 0027 上面的公式(1)中，E表示地面饱和水汽压值，T表示地表温度值，单位为开尔文， T 1 表示273.15开尔文，lg表示数学中的以自然对数为底的取对数符号。 0028 所述的步骤5)中，大气相对湿度与地面实际水汽压、地面饱和水汽压的关系为如 下公式： 0029 0030 上面的公式(2)中，R表示相对湿度，E 0 表示地面实际水汽压值，E表示地面饱和 水汽压值。 0031 本发明的实施例： 说 明 书CN 104036086 A 4/4页 6 0032 本发明以杭州地区2013年1月1日2013年10月30日之间的MODIS产品 MODIS05数据和MODIS07数据作为实施例数据进行大气相对湿度估算，此外利用浙江省气 象站提供的月平均相对湿度数据作为参考，验证本发明的大气相对湿度估算方法的准确 度。如图2可以看出本发明方法得到的结果具有较高的计算精度。 0033 上述具体实施方式用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的 精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范 围。 说 明 书CN 104036086 A 1/1页 7 图1 图2 说 明 书 附 图CN 104036086 A 。