浅谈基于气象卫星云图的云类识别

浅谈基于气象卫星云图的云类识别

吴宇飞

江苏无线电厂有限公司210000

摘要：随着近年来我国气象卫星遥感技术的不断发展，提供了高时空分辨率的气象卫星云图资料，从而实现对不同的天气系统的识别，能够确定其位置、估计其强度和发展趋势，作为天气分析和天气预报的辅助手段，弥补了常规探测资料不足，大大提高了天气预报的准确率。目前，针对气象卫星云图的判别大多停留在人工判读阶段，气象卫星云图所包含的信息并未充分提取，因此，对气象卫星云图中的气象信息的自动化识别技术的研究将成为未来我国气象卫星云图信息处理研究的必然趋势。本文主要阐述了我国现阶段气象卫星云图中云类的自动识别技术并结合台风云系的特点，采用阈值法、纹理分析等方法，进行了台风云系的识别提取，取得了较好的效果。

关键词：云类识别；气象卫星云图；台风云系识别

近年来随着我国气象卫星遥感技术的不断发展，对气象卫星云图进行分析已经成为气象工作者研究热点。目前，人工判读云图因为包含一些主观因素，不仅为云图的应用增加了隐患，同时也很难充分的利用气象卫星云图的丰富信息。为提高天气分析和天气预报的准确率和自动化水平，研究自动化的云图识别模式逐渐成为了我国云图研究者们研究的重点。

一、基于气象卫星云图的云类识别的原理

在风云气象卫星云图上，一般根据各类云的灰度、纹理来进行云的识别。灰度即气象卫星云图上的物体的明暗程度。在红外和水汽通道云图上，物体的灰度取决于本身的温度，温度越高，灰度越黑。拍摄的气象卫星云图中，高云由冰晶组成，呈白色；中云为水滴和冰晶混合物，呈浅灰色；低云多为水滴组成，呈暗灰色。纹理是云表面灰度变化的呈现，与云图中的目标物自身的属性有关。不同的云往往会有不同的纹理结构，卷云纹理很均匀，呈纤维状，而积雨云纹理极不均匀，呈皱纹和斑点状。

二、基于气象卫星云图的云类识别技术

目前，我国主要通过以下几类识别技术，实现对云类型的区分和判断：

（一）阈值法

阈值法通过不同类型的云在同一云图通道中所呈现的不同的灰度情况来进行有关云类的判别工作。例如：云顶越高，云顶温度越低，红外通道云图中亮温也就越大，亮温由温度函数反演灰度而来。阈值法简单可行，但是云系的灰度随着云系的种类、时间和地区会发生变化，从而使得云类和灰度并不一一对应，很难简单的通过灰度阈值区分不同的云系。

（二）多谱阈值法

这一方式是建立在原有阈值法的基础上，在原有基础上结合若干个云图通道，根据不同通道中云类的灰度情况进行判定，根据不同的红外云图中所表现的状态能够帮助使用者区分云类别，而后进行有关云类型的识别。例如，在实际的应用环节可以通过多光谱气象卫星云图进行常见云类型的分类识别，能够获得较好的效果。如下图1-3，可以看出，不同云图在多谱阈值法状态下所呈现的灰度情况不一。

图三图四

（三）数学形态法

数学形态法则是建立在空间区域的基础上，应用了一些基本运算，包含开、闭运算、膨胀、腐蚀等来进行有关云图图像的结构和特征的描述，从而将云的边缘分离出来，以此进行云类的识别，实现对云系的分割。

三、基于气象卫星云图的台风识别的实现

（一）台风识别的依据

台风和其他云系相比，有着比较特殊的云系特征。比较成熟的台风云系其结构由内向外分为台风眼区，密弊云区和螺旋云带。在气象卫星云图上，台风图像往往表现为灰度均值较高、像素分布集中、类圆性较强、纹理光滑等主要特点。所以，研究者可以利用这些特点进行台风的识别和提取。

（二）台风识别的实现方法

在利用FY气象卫星接收设备获取气象卫星云图后，以台风为例，通过对云图预处理、目标特征识别提取、输出处理结果实现台风的识别。

（1）云图预处理

FY气象卫星在静止轨道上存在漂移，地球表面又高低起伏，气象卫星在进行信号传输和气象观测是可能受到干扰，最后呈现的气象卫星云图图像具有噪声，所以在台风识别之前，需要先进行云图预处理工作，消除噪声。由于中值滤波器在保护图像边缘的基础上又能够做到去除噪声，可以获得较为满意的修复效果，在实际的运算过程中不需要图像的统计特性，又非常有利于图像后续处理，因此本文采用中值滤波器进行了云图的去噪处理。

（2）目标特征识别提取

由于台风密蔽云区对应的是云图中灰度值较高的部分，因此可以用一个阈值对云图中可能的台风密蔽云区进行初步筛选，删除相当大的一部分的海平面信息、地表面信息和无关云团。本文对云图进行处理，建立规则网格，通过分块内插的方法确定每个网格的数值，根据台风密蔽云区的先验知识，选取-50作为亮温阈值，通过格网线性内插法提取等值线，从而实现台风的识别和输出。结果如图5和图6所示。

图5图6

结语

综上所述，随着我国气象卫星云图研究的不断深入，人们愈发的重视到有关气象卫星云图的自动化识别技术在实际应用环节为人们所带来的巨大便捷，由此，在未来的发展过程中，将通过更加科学、精准的方式促进气象卫星云图自动化识别技术的研究。

参考文献

[1]陈禹良.基于信息熵的气象卫星云图台风分割方法研究[D].哈尔滨工程大学,2013.

[2]姜波.多通道卫星云图的图像处理技术研究[D].哈尔滨工程大学,2012.

[3]余建波.基于气象卫星云图的云类识别及台风分割和中心定位研究[D].武汉理工大学,2008.