本标准规定了卫星遥感沙尘暴天气监测数据的要求及其检测方法和信息处理方法。 　　 本标准适用于卫星遥感沙尘暴天气监测与沙尘遥感信息的提取。 本标准不适用于微波和紫外波段遥感。

ICS07.060
中华人民共和宝气象行业标准
Qx/T 141—2011
卫星遥感沙尘暴天气监测技术导则Technical guide on satellite remote sensing of sand and dust storm monitoring2011 -08-16 发布
2012-03-01实施
中华人民共和国
气象行业标准
卫星遥感沙尘暴天气监测技术导则Qx/T141
气象出版社出版发行
北京市海淀区中关村南大街46号邮政编码：100081
网址：http：//www.cmp.cma.9
发行部：010-68409198
北京京科印刷有限公司印刷
各地新华书店经销
开本：880X1230
2011年12月第一版
印张：1．25
字数：37.5千字
2011年12月第一次印刷
书号：135029-5493
如有印装差错
版权专有
定价：10.00元
由本社发行部调换
侵权必究
举报电话：(010)68406301
规范性引用文件
术语和定义
监测方法
沙尘暴信息处理
附录A (资料性附录)
附录B（资料性附录）
附录C（资料性附录）
附录D（资料性附录)
附录E (资料性附录)
附录F (资料性附录)
附录 G (资料性附录)
Qx/T 141—2011
FY-1C/D极轨气象卫星多光谱可见光红外扫描辐射计(MVISR)通道参数..FY-3A/B极轨气象卫星可见光红外扫描辐射计(VIRR)通道参数FY-3A/B极轨气象卫星中分辨率光谱成像仪(MERSI)通道参数NOAA极轨气象卫星改进的甚高分辨率扫描辐射计(AVHRR)通道参数EOS卫星中分辨率成像光谱仪(MODIS)通道参数FY-2C/D/E静止气象卫星可见光红外扫描辐射计(VISSR)通道参数投影面积的计算方法
本标准按照GB/T1．1一2009给出的规则起草。本标准由全国卫星气象与空间天气标准化技术委员会(SAC/TC347)提出并归口。本标准起草单位：国家卫星气象中心本标准主要起草人:陆文杰、吴晓京、曹治强Qx/T 141—2011
Qx/T 141—2011
沙尘暴是一种灾害性天气，在我国多发生于北方的干旱季节，其发源地自然生态环境条件十分恶劣，气象观测台站稀少,常规的气象观测手段无法满足监测需求。卫星遥感具有范围广、时效快、精度高等突出特点，在沙尘暴天气监测中可以弥补常规气象观测的不足。利用卫星遥感方法监测沙尘暴天气的工作在气象行业内已普遍开展，气象卫星（如我国风云系列、美国NOAA系列等）和资源环境卫星（如美国EOS环境卫星等)遥感在沙尘暴天气监测中得到了广泛应用。目前,沙尘暴天气卫星遥感监测以可见光、近红外、短波红外、中红外、热红外数据为主要应用资料，依据沙尘气溶胶光谱辐射特性和卫星遥感原理，兼顾数学、统计学和天气学的公式、参数、值提取沙尘暴信息。随着理论研究和技术水平的提升，卫星遥感沙尘暴天气监测方法还有很大的发展潜力。为更好地发挥卫星遥感在沙尘暴天气监测中的作用，突出这一工作的科学性、客观性和可操作性，使其服务产品具有代表性、准确性和可比性，从而满足防灾减灾、生态环境评价和气象公益服务的需求，编制组在现有遥感监测技术的基础上编制了本标准。IV
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卫星遥感沙尘暴天气监测技术导则Qx/T141—2011
本标准规定了卫星遥感沙尘暴天气监测数据的要求及其监测方法和信息处理方法。本标准适用于卫星遥感沙尘暴天气监测与沙尘遥感信息的提取。本标准不适用于微波和紫外波段遥感信息的提取。2规范性引用文件　
下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。GB/T20479一2006沙尘暴天气监测规范3术语和定义
GB/T20479一2006中界定的以及下列术语和定义适用于本文件。3.1
沙尘暴信息sand and dust storm information以卫星遥感方法提取的沙尘天气信息。3.2
沙尘暴二值图true or false image for sand and dust storm以0和非0数值分别表示判识出的非沙尘像元和沙尘像元。3.3
多时次合成图multi-temporal composite image将具有相同投影方式、相同空间分辨率的不同时相的遥感观测图像按其对应的地理位置叠加，并按一定方式取值作为该像元的量值。3.4
红外差异沙尘指数infra-red difference dust index;IDDl地表向上辐射及其通过沙尘气溶胶层后的热红外辐射差异(热红外通道亮温衰减）。4符号
下列符号适用于本文件。
RiR：指定星载仪器中近红外0.725μm~1.25μm波段的反射率。RsiR：指定星载仪器中短波红外1.58μm~1.65μm波段的反射率。RsIR MIN：RsIR对应的下限阈值。RsIR TH ：TsIR 对应的阈值。
Rvis：指定星载仪器中可见光0.55μm~0.68μm波段的反射率。Rvis MAx：Rvis对应的上限阅值。1
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Rvis MIN：Rvis对应的下限阅阈值。TBB：卫星实时观测的沙尘气溶胶层黑体等效亮温。TMIR：指定星载仪器中中波红外3.55μm~3.95μm波段的等效黑体辐射亮温，该波段中心波长在3. 7 μm 附近。
TMIR TH：TMIR对应的阈值。
Ts：卫星观测的沙尘气溶胶遮盖下的地表面亮温。TriR：指定星载仪器中热(远)红外10.3μm~11.3μm波段的等效黑体辐射亮温，该波段中心波长在 11μm 附近。
TIR MAx：TTiR对应的上限阈值。TTIRMIN：TTIR对应的下限阈值。TDMR-TIR：3.55μm~3.95μm波段与10.3μm~11.3μm波段亮温差。TDMIR-TIR_TH :TDMIR-TIR 对应的阅值。5要求
5．.1数据源
沙尘暴天气遥感监测数据应源自气象卫星（包括FY-1C/D、FY-3A/B、NOAA极轨气象卫星和FY-2C/D/E静止气象卫星等)和环境卫星EOS等空间观测平台，提供数据源的空间观测平台携载相应的探测仪器，探测仪器上设置可见光、近红外、热红外、短波红外或中红外探测通道，通道所涵盖的波长范围应全部或部分满足第4章所指定的波段设置。其中，FY-1C/D/MVISR(多光谱可见光红外扫描辐射计)和FY-3A/B/VIRR(可见光红外扫描辐射计）、FY-3A/B/MERSI(中分辨率成像光谱仪）以及EOS/MODIS(中分辨率光谱成像仪)完全持有可见光、近红外、短波红外、中红外和热红外探测通道；NOAA/AVHRR(改进的甚高分辨率扫描辐射计）、FY-2C/D/E/VISSR(可见光红外扫描辐射计)部分持有可见光、近红外、短波红外、中红外、热红外探测通道。以上星载探测仪器通道参数分别参见附录 A、附录 B、附录 C、附录 D、附录 E和附录 F。5.2数据预处理
5.2．1卫星仪器接收的原始遥感数据应经过专门的中心资料处理系统进行预处理，完成对原始数据的相应处理流程。
5.2.2经预处理的卫星数据可直接用于沙尘暴信息提取，也可经地图投影变换后再作沙尘暴信息提取运算及图像处理。
5.2.3经预处理后的卫星轨道或投影数据存在定位不准的情况时，应进行几何精校正。纠正后的影像数据地理位置偏差应在1个像元内。6监测方法
6．1多光谱值法
6.1.1判识算法
6. 1. 1. 1
多通道光谱数据判识大气沙尘的算法可分为陆地和海洋两种算法，它们均不适用于夜间观测。
6．1．1.2陆地大气沙尘判识算法2
Rvis MiN ≤ Rvis ≤ Rvis MAxTTIR MIN ≤ TTIR ≤ TTIR MAxRsir ≥ RsiR tH
RsIR > RNIR
TDMIR-TIR ≥ TDMIR-TIR_TH
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.（1）
...(3)
由于不同卫星观测仪器设置的光谱通道不完全相同，可根据仪器设置完全采用以上判识条件，或采用式(1)、式(2)、式(3)和式(4);或采用式(1)、式(2)和式(5)。6.1.1.3海洋上大气沙尘判识算法Rvis MIN ≤ RvIs ≤ RvIS MAxTTIR MIN ≤ TTIR ≤ TTIR MAXRsiR ≥ RsiR TH
RsIR > RNIR
Rvis > RnIR
TDMIR-TIR ≥ TDMIR-TIR_TH
可根据卫星仪器的光谱通道设置，完全采用以上判识条件，或采用式(6）、式(7）、式(8）、式(9)和式(10);或采用式(6)、式(7)、式(10)和式(11）。6．1.2光谱阅值
6.1.2.1不同探测仪器设置通道的波长范围有一定差异，不同仪器应选用相应的参考阈值。6．1.2.2陆地判识算法选用的参考阈值见表1。表１
不同卫星仪器选用的陆地判识参考阈值参考阈值
RvIS MAx
RvIS_MIN
RSIRMIN
TTIR MAX
TTIRMIN
TMIR_TH
TDMIR-TIR TH
RsIR — (TIR — 250) %
卫星仪器
AVHRRa
表示NOAA-16/18/AVHRR，含中波红外通道，不含短波红外通道。表示NOAA-17/AVHRR，含短波红外通道，不含中波红外通道。6. 1. 2. 3
海洋上判识算法选用的参考阈值见表2。AVHRRb
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参考阈值
RvIS_ MAx
RvIS MIN
RsIRMIN
TTIR MAX
TTIRMIN
TMIR_TH
TDMIR-TIR_TH
RsIR —（TTIR —265）%
表2不同卫星仪器选用的海洋判识参考阈值卫星仪器
≥-5%
≥-5%
≥-5%
AVHRRa
表示NOAA-16/18/AVHRR，含中波红外通道，不含短波红外通道。表示NOAA-17/AVHRR，含短波红外通道，不含中波红外通道6．1.3多光谱阈值法的处理步骤多光谱阈值法的处理步骤如下：a)
读取经预处理、投影变换及几何精校正后生成的多通道数据；AVHRRb
≥-5%
≥-5%
根据6.1.1和6.1.2给出的相应算法和参考阈值逐像元判识大气沙尘暴信息；对判识出的沙尘像元给出掩码，生成沙尘暴二值图。红外差异沙尘指数（IDDI
计算见式(12)
IDDI = TeB -Ts
式中：
（12）
Ts的获取，一般以最近时段连续若干天作为合成时段，采集该时段内卫星观测的日地表最大热红外亮温，作为晴空大气下的地表面亮温，近似替代沙尘气溶胶遮盖下的地表面亮温。由IDDI的量值判识沙尘像元的参考阈值宜采用：— 30K< IDD/≤— 10K
IDD适用于静止气象卫星（FY-2C/D/E等）相应探测仪器资料，也可使用极轨卫星相应的探测仪器资料。
IDD向用于海洋上大气沙尘观测，但不宜用于夜间观测。6. 2.2处理步骤
红外差异沙尘指数处理步骤为：a)
建立晴空地表亮温图像。宜以10天作为合成时段，由该时段内采集的逐像元Ts值合成。按公式(12)获取亮温差值图像。云检测处理。可直接使用气象遥感业务的云检测产品，也可另行做云检测处理，或结合使用这些云检测算法，给出云检测掩码。提取沙尘数据。滤除云的覆盖区域并排除本底气溶胶和水汽的影响后，在阈值区间的IDD/Qx/T 141—2011
值就可判识为沙尘气溶胶像元。对于较强的沙尘暴天气，可以忽略本底气溶胶和晴空大气水汽造成的地表亮温衰减量，以剔除云区后得到的符合参考阈值的IDDI图像为沙尘暴二值图。7
沙尘暴信息处理
7．1沙尘区域的面积表示
对判识的沙尘区域可用面积单位(km2)加以量化表示。估算沙尘覆盖面积应根据局域投影文件中所用的地图投影方式，采用相应的面积计算公式和沙尘暴二值图数据，逐像元计算沙尘像元面积，并对沙尘区域所包含的像元总数求和。投影方式可采用兰勃特投影、等面积投影和等经纬度投影。计算投影面积的方法参见附录G。
7.2多时次合成图
对同一时间周期(如旬、月、季等)监测区域内的沙尘暴信息，可采用多时次合成图的方式加以表示，即对同一时间周期监测区域内各时次的沙尘暴信息二值数据做叠加处理，根据合成内容可分为：覆盖面积合成图。统计各个像元位置上是否有沙尘暴信息记录，同一像元位置上重复出现的a)
沙尘记录只记1次，如区域内各时次二值图的像元均为0，则覆盖面积合成图对应位置上的像元表示为无沙尘像元。覆盖面积合成图表示最大的沙尘暴天气发生面积。b)
发生频次合成图。统计各个像元位置上沙尘记录的出现次数。如区域内各时次二值图的像元均为0,则发生频次合成图对应位置上的沙尘暴天气发生次数为0。5
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附录Ａ
(资料性附录)
FY-1C/D极轨气象卫星多光谱可见光红外扫描辐射计（MVISR)通道参数表A.1给出了FY-1C/D极轨气象卫星多光谱可见光红外扫描辐射计（MvISR)通道参数。表Ａ·１Ｒ　
FY-1C/D极轨气象卫星多光谱可见光红外扫描辐射计(MVISR)通道参数通道
波长/μm
0. 58~0. 68
0.84~0.89
3.55~3.95
10.3~11.3
11.5~12.5
1. 58~1. 64
0. 43~0. 48
0.48~0.53
0.53~0.58
0.9~0.985
可见光(viSible)
近红外（Near Infrared)
中波红外(Middle Infrared)
远红外（Far Infrared)
远红外（Far Infrared)
短波红外（Short Infrared)
可见光(viSible）
可见光（viSible）
可见光（viSible)
近红外(Near Infrared)
星下点分辨率/m
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