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葵花8號Himawari-8氣象接收解決方案,氣象數(shù)據(jù)抗5G干擾解決方案

日本氣象廳地球同步氣象衛(wèi)星“葵花8號”(Himawari-8)衛(wèi)星于2015年7月7日10:00(協(xié)調(diào)世界時02:00)正式啟用, MTSAT-2進入備用狀態(tài), MTSAT-1R退役。

        葵花8號是下一代地球同步氣象衛(wèi)星的先驅(qū),大幅強化衛(wèi)星云圖質(zhì)量,無論截取頻率、波道、清晰度都大幅改善。對比MTSAT系列,原本5波道擴充到16波道,包含了3個可見光波道、3個近紅外波道、10個紅外線波道!翱8號”的觀測頻率提高到了每10分鐘一次,最大程度地利用這顆衛(wèi)星,將提高對臺風(fēng)和暴雨的預(yù)測精度,使之用于氣象預(yù)報、災(zāi)害性天氣監(jiān)測,并為相關(guān)的決策支持服務(wù)、公眾服務(wù)、科學(xué)研究工作提供支持。

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目前深圳市華視數(shù)碼科技有限公司提供的葵花8號衛(wèi)星提供接收處理系統(tǒng)通過以HimawariCast和HimawariCloud提供服務(wù)

HimawariCast服務(wù)

日本氣象廳授權(quán)的HimawariCAST系統(tǒng)開放14個通道,具有1個可見光、3個近紅外和10個紅外通道。

HimawariCloud服務(wù)

日本氣象廳建立了一個互聯(lián)網(wǎng)云服務(wù)—HimawariCloud,以便為東亞/西太平洋地區(qū)的各國氣象和水文服務(wù)部門提供葵花系列衛(wèi)星的數(shù)據(jù)服務(wù)。各國家可以使用日本氣象廳提供的ID去下載葵花系列衛(wèi)星的數(shù)據(jù),但是每個國家只提供一個ID,其中提供給我國的ID歸國家氣象信息中心所有。我司提供云服務(wù)方式提供原分辨率葵花數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)。

葵花8號衛(wèi)星接收處理系統(tǒng)是深圳市華視數(shù)碼科技有限公司共同開發(fā)研制的包括,具備接收J(rèn)CSAT-2A 通信衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)的Himawari-8的數(shù)據(jù)資料的能力;通過HimawariCast實時接收葵花8號衛(wèi)星14個通道數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)落地后生成為國家衛(wèi)星氣象中心標(biāo)準(zhǔn)HDF5數(shù)據(jù)格式。每時次數(shù)據(jù)處理時效在6分內(nèi)完成;以及利用HimawariCloud服務(wù)用于下載、處理葵花8號衛(wèi)星的系統(tǒng),利用網(wǎng)絡(luò)下載國家氣象信息中心或用戶指定的單位內(nèi)部數(shù)據(jù)源提供的葵花-8衛(wèi)星數(shù)據(jù),下載葵花8號的原始HSD衛(wèi)星數(shù)據(jù),并將原始HSD數(shù)據(jù)保存至指定的數(shù)據(jù)文件夾,供數(shù)據(jù)預(yù)處理程序?qū)⑾螺d的原始HSD文件解壓為DAT文件,并合并為一個標(biāo)準(zhǔn)HDF文件,獲取與氣溶膠光學(xué)厚度、火情監(jiān)測相關(guān)的通道數(shù)據(jù)。
     數(shù)據(jù)下載程序通過網(wǎng)絡(luò)從業(yè)主信息中心同時可通過數(shù)據(jù)監(jiān)視平臺來監(jiān)視數(shù)據(jù)的獲取情況。生成通用標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)hdf5格式;集成后的系統(tǒng)兼容處理Himawari-8原始分辨率數(shù)據(jù)以及HimawariCast實時接收的衛(wèi)星數(shù)據(jù)。應(yīng)用平臺提供衛(wèi)星云圖多時次合成云圖動畫,利用多種常規(guī)氣象資料,自定義觀測區(qū)域生成12種氣象預(yù)報產(chǎn)品數(shù)據(jù)與圖像,并提供衛(wèi)星數(shù)據(jù)庫自動管理及火險監(jiān)測和氣溶膠光學(xué)厚度AOD反演功能?勺詣覨TP上傳到其它服務(wù)器并能在本地產(chǎn)品平臺WEB網(wǎng)站顯示或下載。

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 云類型和云相態(tài)分別包含6類和4類產(chǎn)品輸出。云類型產(chǎn)品為:暖(液態(tài))水云、過冷水云、混合云、不透明冰云、卷云(即半透明冰云)和多層云(上層為半透明,下部為不透明)。云相態(tài)產(chǎn)品為:暖(液態(tài))水相態(tài)、過冷水相態(tài)、混合相態(tài)和冰相態(tài)。云相態(tài)產(chǎn)品直接由云類型產(chǎn)品推導(dǎo)得出。由于得到的云類型產(chǎn)品將包含多層云和卷云的信息,因此對判定云頂高度很有幫助。

云頂高度、白天云光學(xué)厚和夜晚云光學(xué)厚度等下游產(chǎn)品的算法需要以云類型和云相態(tài)產(chǎn)品作為前期輸入數(shù)據(jù)。云類型和云相態(tài)信息也可以用于一些天氣分析應(yīng)用,例如強對流天氣的預(yù)警和熱帶氣旋強度的預(yù)報等。

云類型和云相態(tài)產(chǎn)品服務(wù)是云屬性系統(tǒng)的重要部分。云頂相態(tài)是云屬性的上游產(chǎn)品,為云頂高度算法、云光學(xué)厚度算法(和后續(xù)氣溶膠反演)算法提供數(shù)據(jù)。

靜止衛(wèi)星云類型和云相態(tài)產(chǎn)片分類基于美國GOES云分類。之所以采用這些分類,是因為這些分類可以在白天和夜晚都方便獲得,更加便于下游其他云屬性相關(guān)產(chǎn)品使用,而利用云的相態(tài)進行的分類(如層云、層積云等)只能在白天獲取。

分為:

1)暖水云:液態(tài)水云,云頂透明,溫度高于273K;

2)過冷水云:液態(tài)水云,半透明,溫度低于273K;

3)混合云:云頂同時包含云水和云冰;

4)薄冰云:冰云,紅外光學(xué)厚度約為2或更低;

5)厚冰云:冰云,云頂反照率很強,紅外光學(xué)厚度大于2;

6)多層云:在光學(xué)厚度薄的冰云上面疊加一層光學(xué)厚度大的冰云。

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云相態(tài)產(chǎn)品直接由云類型產(chǎn)品推導(dǎo)得出。高級成像儀云類型(ACT)算法不使用可見光 通道。衛(wèi)星測量的反照率是云微物理特性、地表類型、物體表面形狀和其他因子的函數(shù)。由于可見光和近紅外通道散射的復(fù)雜性,我們盡量避免使用包含太陽輻射的通道。只使用紅外通道的最顯著優(yōu)勢就在于算法的性能獨立于日夜分布,即算法在所有時次都是可用的。

 Cloudtype_II 是 Himawari08的云分類產(chǎn)品之一,是利用 Himawari08的云頂溫度、云頂高度、云光學(xué)厚度、云粒子半徑、窗區(qū)通道亮溫產(chǎn)品,采用最小距離分類法和閾值判識法分析處理出的云類型,類型包括As/Ac、Cu、Sc、St、Ci、Cb、 Ns 以及 Ci  As/Ac、Ci  St/Sc、As/Aci 、 St/Sc 的多層云。

 風(fēng)云四號云頂高度算法(FY-4 Cloud Height Algorithm,F(xiàn)CHA)主要生成云 頂高度(Cloud Top Height, CTH),云頂氣壓(Cloud Top Pressure, CTP)和云頂溫 度(Cloud Top Temperature, CTT)。FCHA 除了云頂高度產(chǎn)品外,還同時輸出 11µm 通道云發(fā)射率和云微物理指數(shù) β(兩個通道的云發(fā)射率之商,與粒徑大小有關(guān))。 這些產(chǎn)品由 MCHA 算法自動生成,并可用來評價 MCHA 的性能表現(xiàn)。

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云檢測 / 晴空檢測 算法主要 提供像素級晴空或云的檢測結(jié)果。 FY4/Himawari08 云檢測算法采用 AGRI  16 個光譜通道中的 9/8 個通道,利用云 和晴空在光譜、空間及時間方面的不同特性來進行區(qū)分。FY4/Himawari08 云檢 測算法可提供 4 類像素級云檢測結(jié)果,包含晴空,可能晴空、可能云、及云。該 算法還同時輸出用于決定云檢測產(chǎn)品的所有測試結(jié)果,可被后續(xù)用戶修改使用。

白天沙塵檢測(DST)反演算法主要檢測白天的沙塵事件。沙塵事件定義為: 根據(jù)中國氣象局地面觀測規(guī)范,浮塵、揚沙、沙塵暴天氣中的能見度<10km。根 據(jù)能見度與地面消光系數(shù)的轉(zhuǎn)換公式  VIS=3.912/Ext,在假定氣溶膠層為 1.5km 厚的情況下,得到探測能力約為  0.6,即該產(chǎn)品需要能夠識別光學(xué)厚度大于  0.6 的沙塵氣溶膠。

海表面溫度(Sea Surface Temperature,SST)是傳統(tǒng)的產(chǎn)品,單位是 K,這 里反演的是海洋表面的表皮溫度(Skin Temperature)。
在海表溫度產(chǎn)品生成功能中,通過數(shù)據(jù)獲取子功能獲取衛(wèi)星數(shù)據(jù)、靜態(tài)數(shù)據(jù)、配置文件數(shù)據(jù)和云檢測數(shù)據(jù),對衛(wèi)星數(shù)據(jù)進行相關(guān)通道進行亮溫和反射率的計算,對浮標(biāo)數(shù)據(jù)進行時間和空間匹配之后,根據(jù)云檢測數(shù)據(jù)和海陸模板數(shù)據(jù),判斷出海面上的晴空像元,然后,根據(jù)3*3的滑動窗對浮標(biāo)數(shù)據(jù)和衛(wèi)星數(shù)據(jù)進行匹配,獲得海溫匹配的回歸系數(shù),建立海溫反演模型,根據(jù)回歸系數(shù)進行海溫反演,按既定格式輸出產(chǎn)品,并上報相關(guān)信息。

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H8積雪覆蓋產(chǎn)品是基于H8白天多時次觀測資料,結(jié)合高程、地理信息等輔助數(shù)據(jù),判識某像元在一天內(nèi)是否曾被雪覆蓋,若不曾被雪覆蓋,則判斷該像元是曾經(jīng)出現(xiàn)晴空還是始終被云覆蓋,從而自動生成每日一次的全圓盤雪覆蓋圖像和數(shù)據(jù)結(jié)果。

 氣溶膠光學(xué)厚度AOD產(chǎn)品生成功能是將“暗背景”法利用葵花8號衛(wèi)星數(shù)據(jù)進行反演與國家衛(wèi)星氣象中心風(fēng)云四號靜止衛(wèi)星氣溶膠光學(xué)厚度AOD產(chǎn)品算法相同,從數(shù)據(jù)上得到的晴空條件下氣溶膠光學(xué)厚度、懸浮顆粒物的柱質(zhì)量濃度以及氣溶膠的粒徑參數(shù)。
       FY-4的陸地氣溶膠反演算法選定了四種氣溶膠類型,分別為大陸型、沙塵型、城市型、以及煤煙型。
       紅、藍及近紅外通道在暗地表時,氣溶膠的信號相對較強,因此選擇這三個通道作為陸地氣溶膠反演通道。由于三個通道能夠?qū)Φ乇砗蜌馊苣z進行獨立觀測,且對于同一種氣溶膠模型和粒子譜分布,三個波段的光學(xué)厚度是相互關(guān)聯(lián)的,可以只把0.55微米的氣溶膠光學(xué)厚度作為未知量,因此除了氣溶膠光學(xué)厚度外,還能確定氣溶膠模型和地表反射率,其它三個波段的光學(xué)厚度可通過前面提到過的歸一化消光系數(shù)比建立起關(guān)系。這種關(guān)系是和氣溶膠模型有聯(lián)系的,當(dāng)氣溶膠模型確定以后,歸一化消光系數(shù)比也都確定了。另外從3.4.2中可以知道陸地暗地表所選通道的地表反射率之間存在經(jīng)驗關(guān)系。因此最終可設(shè)定未知量僅為三個,即τ0.55、2.25μm通道地表反射率和氣溶膠模型。

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 降水估計QPE產(chǎn)品,是現(xiàn)代天氣業(yè)務(wù)體系的重要組成部分,也是定量降水預(yù)報、強降水短臨預(yù)警的基礎(chǔ),對山洪地質(zhì)災(zāi)害和中小河流洪水精細化預(yù)報起重要支撐作用。降水估計產(chǎn)品是通過靜止氣象衛(wèi)星降水估計技術(shù)和衛(wèi)星估計結(jié)果與地面常規(guī)雨量觀測結(jié)果的融合技術(shù)所生成的覆蓋中國及周邊地區(qū)(0°N-55°N,37°E-137°E)的定量雨量估計結(jié)果,每1小時、3小時、6小時和24小時各生成一個降水估計產(chǎn)品。

OLR(outgoing longwave radiation)是指地球大氣系統(tǒng)在大氣頂向外空輻射出 去的熱輻射通量密度,由 Himawari08 的紅外通道 8、9、11、14、16 輻射率經(jīng)由 一個非線性反演模式計算得到。

根據(jù)Himawari-8數(shù)據(jù)特性進行分析兼容處理Himawari-8原分辨率數(shù)據(jù),主要實現(xiàn)以下功能:
(1)火點判識功能
a. 算法升級:新的算法適應(yīng)Himawari-8通道特性和下載可見光通道數(shù)據(jù),考慮背景溫度等其他因素;
b. 火點判識的參數(shù)閾值可通過分區(qū)域、分時段進行調(diào)整;
c. 升級軟件提供交互界面進行火點判識的閾值調(diào)整,并可根據(jù)調(diào)整后的參數(shù)進行檢測結(jié)果的疊加和展示。
(2)火點判識輔助功能
a. 自動判識的火點可通過異常點設(shè)置,在參數(shù)配置中刪除,降低觀測火點誤判率;
b. 軟件升級后可手動添加火點信息;
c. 常規(guī)熱點數(shù)據(jù)庫功能:火點監(jiān)測時能自動或手動進行常規(guī)熱點的剔除;常有的工礦熱點(如鋼廠、發(fā)電廠)等在熱點判識過程中會給出提示,以便于用戶及時剔除。
d. 火情報表功能:能輸出火點文件列表和火區(qū)文件列表,并輸出KML文件,便于用戶在谷歌地圖中使用。通過Google提供的api,能調(diào)用Google地圖判斷下墊面類型。
(3)地理信息功能
根據(jù)線路進行緩沖區(qū)分析,并在緩沖區(qū)分析基礎(chǔ)上判識火點。

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