咸阳市位于关中平原腹地。地势由东南向西北呈阶梯上升状,西宝、西铜高速公路从中穿过,西安咸阳国际机场座落其中,是以电子、纺织为主的轻工业城市。随着改革开放以来经济的迅速发展,大雾对城市交通运输等行业造成的影响愈加明显。我中心从2000年春季开始利用美国NOAA系列极轨气象卫星对大雾的监测进行了有益的尝试,对出现在我市的所有大雾天气进行了成功的监测和分析,取得了令人满意的效果。
一、监测原理:
从地面发射或反射的辐射通过大气介质向上传播,具有不同成分、不同温度的非均匀大气对不同波段的电磁辐射有着不同程度的吸收、透射和散射,从而使卫星仪器在不同通道的测值及其差别之中,包含了大气介质中云/雾粒子性质的信息,这使得卫星监测云/雾有了可能。
二、NOAA系列卫星五个通道的图像在大雾监测中的对比试验:
由于雾由靠近地面飘浮在空中的极细小的水滴或冰晶粒子组成。雾滴一般比云中水滴小得多,其半径范围一般在几个um到十几个um之间,并且常含有大量半径小于1um的微粒,其密度可达到每立方厘米几千个。根据mie的理论,粒子在不同波段散射和吸收辐射的能力是不同的。NOAA卫星AVHRR仪器通道1(0.58—0.68um)和通道2(0.73—1.1um)是反射光通道。因此利用此通道可估算云/雾的光学厚度,监测发现对有云像元,云的厚度越厚,云在通道1的反射率越大。通道4(10.3—11.3um)和通道5(11.5—12.5um)位于地物红外辐射区,它提供了云顶温度、云的厚度及云顶之上大气中含水量的信息。而通道3(3.55—3.93um)的测值中既有太阳反射光,又有地物辐射的贡献,通道3对于云中粒子的大小分布、离子的相态及粒子的形状十分敏感,云粒子越大,在通道3上的反射辐射越小。
雾的表现形式因下垫面类型、地理位置的不同有较大差异,我市既有暖雾又有冷雾,多属于地面辐射降温而形成的辐射雾。根据雾在NOAA系列卫星AVHRR仪器五个通道上的表现特点,采用通道1、通道3、通道4的资料对白天雾进行监测并合成显示取得令人满意的效果,如下图就是采用上述方法对2000年4月4日08h大雾天气监测的典型范例,该图用红色清晰的显示出该日08时在关中盆地渭河流域地区所形成的大雾,雾区纹理均匀、边界整齐光滑并与地形等高线吻合,与中高云有比较明显的区别。
右图为2000年12月14日06时NOAA—14卫星所接收的经过处理的图片,采用通道3、通道4和通道5的资料对夜间的大雾进行了监测分析。该图红色区域清晰地显示了关中平原凌晨由于夜间辐射降温所形成的大雾。雾区边沿光滑整齐,与地形地貌有明显区别。
左图为2001年10月17日08时NOAA—15卫星所接收的经过处理的图片,该图反映雨后放晴形成的大雾。由于降水刚结束,在西北气流的控制下天气转晴,辐射降温明显,加之夜间风力较小,在有利的天气条件下,我省北部及甘肃的部分地方就形成了与山脉走向相一致的雾区,雾区主要集中在山脉之间地势较低的地方,"树枝"结构明显。
三、小结
用极轨气象卫星监测大雾,具有覆盖范围广、精度高、信息量大、重复频率高、客观真实性强、信息源可靠且成本投入低等优势,是其它任何常规监测无法替代的。利用其对城市、机场、高速公路等处开展雾的卫星遥感动态监测,为交通、电力等部门及时提供准确信息,可有效地减少大雾造成的损失。