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葵花8号气象卫星接收处理系统

背景介绍

        日本气象厅地球同步气象卫星“葵花8号”(Himawari-8)卫星于2015年7月7日10:00(协调世界时02:00)正式启用, MTSAT-2进入备用状态, MTSAT-1R退役。

        葵花8号是下一代地球同步气象卫星的先驱,大幅强化卫星云图质量,无论截取频率、波道、清晰度都大幅改善。对比MTSAT系列,原本5波道扩充到16波道,包含了3个可见光波道、3个近红外波道、10个红外线波道。“葵花8号”的观测频率提高到了每10分钟一次,最大程度地利用这颗卫星,将提高对台风和暴雨的预测精度,使之用于气象预报、灾害性天气监测,并为相关的决策支持服务、公众服务、科学研究工作提供支持。

 

       目前北京华云星地通科技有限公司提供的葵花8号卫星提供接收处理系统通过以HimawariCast和HimawariCloud提供服务

HimawariCast服务

日本气象厅授权的HimawariCAST系统开放14个通道,具有1个可见光、3个近红外和10个红外通道。

HimawariCloud服务

日本气象厅建立了一个互联网云服务—HimawariCloud,以便为东亚/西太平洋地区的各国气象和水文服务部门提供葵花系列卫星的数据服务。各国家可以使用日本气象厅提供的ID去下载葵花系列卫星的数据,但是每个国家只提供一个ID,其中提供给我国的ID归国家气象信息中心所有。我司提供云服务方式提供原分辨率葵花数据传输服务。
 

成像仪 空间分辨率
(可见光波段)
空间分辨率
(红外波段)
时间分辨率
(全圆盘观测)
时间分辨率
(区域观测)
AHI(H8) 1公里 2公里 10分钟 2.5分钟

用户站系统简介

       葵花8号卫星接收处理系统是北京华云星地通科技有限公司开发研制的包括,具备接收JCSAT-2A 通信卫星转发的Himawari-8的数据资料的能力;通过HimawariCast实时接收葵花8号卫星14个通道数据,数据落地后生成为国家卫星气象中心标准HDF5数据格式。每时次数据处理时效在6分内完成;以及利用HimawariCloud服务用于下载、处理葵花8号卫星的系统,利用网络下载国家气象信息中心或用户指定的单位内部数据源提供的葵花-8卫星数据,下载葵花8号的原始HSD卫星数据,并将原始HSD数据保存至指定的数据文件夹,供数据预处理程序将下载的原始HSD文件解压为DAT文件,并合并为一个标准HDF文件,获取与气溶胶光学厚度、火情监测相关的通道数据。
     数据下载程序通过网络从业主信息中心同时可通过数据监视平台来监视数据的获取情况。生成通用标准数据hdf5格式;集成后的系统兼容处理Himawari-8原始分辨率数据以及HimawariCast实时接收的卫星数据。应用平台提供卫星云图多时次合成云图动画,利用多种常规气象资料,自定义观测区域生成12种气象预报产品数据与图像,并提供卫星数据库自动管理及火险监测和气溶胶光学厚度AOD反演功能。可自动FTP上传到其它服务器并能在本地产品平台WEB网站显示或下载。
 

系统组成

 

                                                                                                                      卫星云图实时动画软件

                                                                                                              卫星数据处理软件

 

                                                                                                          卫星数据应用产品服务网站平台

数据应用产品介绍
  • 1)云类型和云相态产品 展开>> 收起>>

           云类型和云相态分别包含6类和4类产品输出。云类型产品为:暖(液态)水云、过冷水云、混合云、不透明冰云、卷云(即半透明冰云)和多层云(上层为半透明,下部为不透明)。云相态产品为:暖(液态)水相态、过冷水相态、混合相态和冰相态。云相态产品直接由云类型产品推导得出。由于得到的云类型产品将包含多层云和卷云的信息,因此对判定云顶高度很有帮助。

    云顶高度、白天云光学厚和夜晚云光学厚度等下游产品的算法需要以云类型和云相态产品作为前期输入数据。云类型和云相态信息也可以用于一些天气分析应用,例如强对流天气的预警和热带气旋强度的预报等。

    云类型和云相态产品服务是云属性系统的重要部分。云顶相态是云属性的上游产品,为云顶高度算法、云光学厚度算法(和后续气溶胶反演)算法提供数据。

    静止卫星云类型和云相态产片分类基于美国GOES云分类。之所以采用这些分类,是因为这些分类可以在白天和夜晚都方便获得,更加便于下游其他云属性相关产品使用,而利用云的相态进行的分类(如层云、层积云等)只能在白天获取。

    云类型分为:

    1)暖水云:液态水云,云顶透明,温度高于273K;

    2)过冷水云:液态水云,半透明,温度低于273K;

    3)混合云:云顶同时包含云水和云冰;

    4)薄冰云:冰云,红外光学厚度约为2或更低;

    5)厚冰云:冰云,云顶反照率很强,红外光学厚度大于2;

    6)多层云:在光学厚度薄的冰云上面叠加一层光学厚度大的冰云。

    云相态产品直接由云类型产品推导得出。高级成像仪云类型(ACT)算法不使用可见光 通道。卫星测量的反照率是云微物理特性、地表类型、物体表面形状和其他因子的函数。由于可见光和近红外通道散射的复杂性,我们尽量避免使用包含太阳辐射的通道。只使用红外通道的最显著优势就在于算法的性能独立于日夜分布,即算法在所有时次都是可用的。

    产品提供方式:产品数据与产品图片。

  • 2)云分类II型产品 展开>> 收起>>

            Cloudtype_II 是 Himawari08的云分类产品之一,是利用 Himawari08的云顶温度、云顶高度、云光学厚度、云粒子半径、窗区通道亮温产品,采用最小距离分类法和阈值判识法分析处理出的云类型,类型包括As/Ac、Cu、Sc、St、Ci、Cb、 Ns 以及 Ci  As/Ac、Ci  St/Sc、As/Aci 、 St/Sc 的多层云。

    产品提供方式:产品数据与产品图片。

  • 3)云顶高度产品 展开>> 收起>>

            风云四号云顶高度算法(FY-4 Cloud Height Algorithm,FCHA)主要生成云 顶高度(Cloud Top Height, CTH),云顶气压(Cloud Top Pressure, CTP)和云顶温 度(Cloud Top Temperature, CTT)。FCHA 除了云顶高度产品外,还同时输出 11µm 通道云发射率和云微物理指数 β(两个通道的云发射率之商,与粒径大小有关)。 这些产品由 MCHA 算法自动生成,并可用来评价 MCHA 的性能表现。


  • 产品提供方式:产品数据与产品图片。

  • 4)云检测/晴空检测产品 展开>> 收起>>

            云检测 / 晴空检测 算法主要 提供像素级晴空或云的检测结果。 FY4/Himawari08 云检测算法采用 AGRI  16 个光谱通道中的 9/8 个通道,利用云 和晴空在光谱、空间及时间方面的不同特性来进行区分。FY4/Himawari08 云检 测算法可提供 4 类像素级云检测结果,包含晴空,可能晴空、可能云、及云。该 算法还同时输出用于决定云检测产品的所有测试结果,可被后续用户修改使用。

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  • 5)沙尘监测产品 展开>> 收起>>

            白天沙尘检测(DST)反演算法主要检测白天的沙尘事件。沙尘事件定义为: 根据中国气象局地面观测规范,浮尘、扬沙、沙尘暴天气中的能见度<10km。根 据能见度与地面消光系数的转换公式  VIS=3.912/Ext,在假定气溶胶层为 1.5km 厚的情况下,得到探测能力约为  0.6,即该产品需要能够识别光学厚度大于  0.6 的沙尘气溶胶。

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  • 6)海表温度产品 展开>> 收起>>

             海表面温度(Sea Surface Temperature,SST)是传统的产品,单位是 K,这 里反演的是海洋表面的表皮温度(Skin Temperature)。
    在海表温度产品生成功能中,通过数据获取子功能获取卫星数据、静态数据、配置文件数据和云检测数据,对卫星数据进行相关通道进行亮温和反射率的计算,对浮标数据进行时间和空间匹配之后,根据云检测数据和海陆模板数据,判断出海面上的晴空像元,然后,根据3*3的滑动窗对浮标数据和卫星数据进行匹配,获得海温匹配的回归系数,建立海温反演模型,根据回归系数进行海温反演,按既定格式输出产品,并上报相关信息。