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FY-4A卫星数据可视化及应用

更新时间：2019-12-30 14:09:39 大小：2M 上传用户：songhuahua查看TA发布的资源 标签：卫星数据 下载积分：1分 评价赚积分 （如何评价?） 打赏 收藏 评论(0) 举报

资料介绍

2016年12月11日我国发射了FY-4A新一代静止气象卫星,其高时间和空间分辨率能够加强航空气象中的监测应用,为了更好地应用FY-4A卫星的各类观测产品,本文利用Python语言实现对FY-4A卫星AGRI观测仪器所探测的2km、4km分辨率的全圆盘和中国区域可见光、红外图像资料及7.8km分辨率闪电监测资料进行解码并可视化显示出图,将绘制的卫星图像与国家卫星气象中心网站对外开放的卫星云图进行对比。结果表明:两者显示较为一致,可以用于航空气象业务。Python语言语法简练,对于卫星HDF和NC格式数据读取速度快,Python的Numpy工具包基于矩阵的运算能快速处理卫星观测数据,Basemap库中多种投影方式可供业务应用,值得推广。


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FY-4A卫星数据可视化及应用.pdf 2M

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气
象
科 技  
ꢀ
，
Ｖｏｌ．４７ Ｎｏ．３  
第
卷第  
期
３
４７  
ꢀ
ꢀ
年
月
６
Ｊｕｎ．２０１９  
２０１９  
ＭＥＴＥＯＲＯＬＯＧＩＣＡＬＳＣＩＥＮＣＥＡＮＤＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ  
ꢀ ꢀ ꢀ  
卫星数据可视化及应用  
ＦＹ４Ａ  
－
１
２
＊
吴晓京  
１
１
王清平  
陈阳权  
段杰  
ꢀ
ꢀ
ꢀ
（
１
，
民航新疆空中交通管理局气象中心 乌鲁木齐  
；
８３００１６ ２  
，
国家卫星气象中心 北京  
）
１０００８１  
，
新一代静止气象卫星 其高时间和空间分辨率能够加强航空气象中  
ＦＹ４Ａ  
摘要  
年 月  
２０１６ １２ １１  
ꢀ
日我国发射了  
－
，
的监测应用 为了更好地应用  
，
卫星的各类观测产品 本文利用  
语言实现对  
卫星  
观测  
ＦＹ４Ａ  
－
Ｐｔｈｏｎ  
ｙ
ＦＹ４Ａ  
－
ＡＧＲＩ  
、
、
分辨率的全圆盘和中国区域可见光 红外图像资料及  
仪器所探测的  
分辨率闪电监测资料进行  
２ｋｍ ４ｋｍ  
７．８ｋｍ  
：
解码并可视化显示出图 将绘制的卫星图像与国家卫星气象中心网站对外开放的卫星云图进行对比 结果表明  
，
。
，
两者显示较为一致 可以用于航空气象业务  
。
，
，
格式数据读取速度快  
语言语法简练 对于卫星  
和
Ｐｔｈｏｎ  
ｙ
ＨＤＦ ＮＣ  
库中多种投影方式可供业务应用 值  
ｐ
，
工具包基于矩阵的运算能快速处理卫星观测数据  
Ｂａｓｅｍａ  
，
的
Ｐｔｈｏｎ Ｎｕｍ  
ｙ
ｐｙ  
。
得推广  
；
Ｐｔｈｏｎ ＦＹ４Ａ  
ꢀ ｙ  
；
；
；
闪电 全圆盘  
ＬＭＩ  
关键词  
－
：
：
Ｐ４１３ ＤＯＩ １０．１９５１７ ．１６７１６３４５．２０１８０３３６  
ꢀ
／
：
文献标识码  
Ａ
中图分类号  
ꢀ
ｊ
－
（
要 有  
ＧｒＡＤｓ Ｇｒｉｄ Ａｎａｌｓｉｓ ａｎｄ Ｄｉｓｌａ Ｓｓ  
ｙ ꢀ ｐ ｙ ｙ  
－
ꢀ
ꢀ
ꢀ
引言  
［］  
［］  
４
３
） ，  
ｔｅｍ ＮＣＬ  
（
ＮＣＡＲ ＮａｔｉｏｎａｌＣｅｎｔｅｒｆｏｒ  
ꢀ
是美国  
ꢀ
，
月 我国已发射近 颗气象卫  
１６  
）
开 发 的 主 要 针 对 模 式 输 出  
ＡｔｍｏｓｈｅｒｉｃＲｅｓｅａｒｃｈ  
截止  
年
２０１８  
７
ｐ
ꢀ
，
星 极 轨 气 象卫 星 由 最 初 的  
，
ＮＣＬ  
已 发 展 至  
ＦＹ  
数据的绘图软件包  
提供了大量的大气科学领  
ＦＹ１Ａ  
－
－
，
静止卫星由  
３Ｄ  
， ， 、 、  
域的函数 包括插值 小波分析 谱分析 统计分析方  
发展至新一代 静 止 气象 卫  
ＦＹ２Ａ  
－
［］  
５
。
月
ＦＹ４Ａ ＦＹ４Ａ ２０１６ １２ １１  
。
（
）
是 美 国  
ＩＤＬ ＩｎｔｅｒａｃｔｉｖｅＤａｔａＬａｎｕａｅ  
ｇ ｇ  
星
于
年
日在西昌卫  
面等  
－
－
ꢀ
ꢀ
，
星发射中心发射 风云四号是我国新一代静止气象  
、
公司开发的对科学数据进行获取 分析和可视  
ＲＳＩ  
， ，  
卫星 装载多种观测仪器 包括多通道扫描成像辐射  
， 、  
化的软件工具 它可以进行二维 三维数据可视化分  
［］  
６
，
、 、  
计 干涉式大气垂直探测仪 闪电成像仪和空间环境  
，
析和显示 另外还有  
也可用于数据可  
ＭＡＴＬＡＢ  
［
］
１２  
。
－
，
视化分析和应用 但是  
监测仪器等  
星装载的多通道扫描成像  
和 均为商业  
ＭＡＴＬＡＢ ＩＤＬ  
ＦＹ４Ａ  
－
，
辐射计 其  
。
个成像通道与国际水平相当 装载的  
， 。  
软件 购买 费 用 较 贵 而  
是 目 前 国 际 上 较  
Ｐｔｈｏｎ  
ｙ
１４  
，
为流行的开源软件 且具有成千上万的各种行业工  
干涉式大气垂直探测仪在世界上首次实现了静止轨  
，
道红外高光谱探测 可以获取大气温湿度三维结构  
，
，
具 包 在 科 学 领 域 有  
、
，
绘 图 领 域 有  
Ｓｃｉ  
ｐｙ  
Ｎｕｍ  
ｐｙ  
。
处于国际领先水平 风云四号装载的闪电成像仪首  
、
，
等 其中  
Ｍａｔｌｏｔｌｉｂ Ｍａａｖｉ  
绘图包还自  
Ｍａｔｌｏｔｌｉｂ  
ｐ
ｐ
ｙ
， ，  
包 可用于气象数据地理信息绘制 方  
次实现了对亚洲大洋洲区域的静止轨道闪电持续观  
带
Ｂａｓｅｍａ  
ｐ
。
。
便气象人员使用 国内使用  
测
国 外 只 有 美 国 新 一 代 静 止 轨 道 气 象 卫 星  
对气象领域的  
Ｐｔｈｏｎ  
ｙ
［
］
［］  
７
。
高大伟 等使用  
７８  
－
，
搭载了闪电成像仪 并对西半球美洲区域  
研究也有不少  
对每日  
Ｐｔｈｏｎ  
ｙ
ＧＯＥＳＲ  
－
。
ＦＹ４Ａ  
－
、 ，  
卫星分辨率高 产品 丰富 但 如  
（
）
云导  
ＦＹ２Ｇ  
进行观测  
下发的最新风云二号  
ＣＭＡｃａｓｔ  
星
Ｇ
－
（
）
（
）
两个定量业务产  
何更好地使用这些新型探测资料是摆在我们面前的  
风
和射出长波辐射  
ＣＭＶ  
品进行实时自动化解码和可视化出图 显示效果与  
国 家 卫 星 气 象 中 心 下 发 的 卫 星 天 气 应 用 平 台  
ＯＬＲ  
。
一个问题  
目前国际上用于气象行业的绘图可视化软件主  
，
：／／  
ｗｗｗ．ｘｋ．ｎｅｔ．ｃｎ  
ｑ ｊ  
气象科技  
ｈｔｔ  
ｐ
：
作者简介 王清平  
，
男
，
， ， ， ，  
年生 学士 工程师 主要从事航空气象预报工作  
１９８５ Ｅｍａｉｌｗ １００１ １６３．ｃｏｍ  
ｑｐ  
：
＠
：
２０１８  
；
：
收稿日期  
年
月
日
定稿日期  
年 月  
２０１８ １０ ３０  
日
６
１７  
，
：
Ｅｍａｉｌｘｉａｏｉｎ ｗｕ ｎｓｍｃ．ｃｍａ．ｏｖ．ｃｎ  
＠
通信作者  
＊
ｇ
ｇ
：
ＦＹ４Ａ  
－
第
期
王清平等  
卫星数据可视化及应用  
３
５０３  
［］  
８
。
显示较为一致 王清平 利用  
（
）
， 。  
过读取文件属性获得数据的说明 方便使用 目前  
对
Ｐｔｈｏｎ  
ｙ
ＳＷＡＰ  
，
中国气象 局 自 动 气 象 站 数 据 进 行 了 解 码 并 利 用  
、 、 、 、  
大气科学 水文 海洋 环境 地球物理领域广泛使用  
。
数据接口实现了气象数据的显示  
ＭＩＣＡＰＳ  
， ：  
格式 例如 美国  
（
美国国家环境预报  
ＮＣＥＰ  
ｎｅｔＣＤＦ  
）
数据中心 发布的再分析资料  
，
（
气候  
ＮＯＡＡ ＣＤＣ  
的
语言介绍  
１ Ｐｔｈｏｎ  
ꢀ
ｙ
）
数据中 心 发 布 的 海 洋 与 大 气 综 合 数 据 集 均 采 用  
［］  
９
。
语言是一种面向对象的解释型计算及  
Ｐｔｈｏｎ  
ｙ
作为标准  
ｎｅｔＣＤＦ  
，
程序 设 计 语 言 由 荷 兰 人  
于
Ｇｕｉｄｏｖａｎ Ｒｏｓｓｕｍ  
ꢀ ꢀ  
（
ＨＤＦ Ｈｉ  
－
另一种广泛使用的科学数据格式为  
，
年发明 第 版公开发行于  
１
。
Ｐｔｈｏｎ  
ｙ
年
１９８９  
１９９１  
），  
ｅｒａｒｃｈｉｃａｌＤａｔａＦｏｒｍａｔ ＨＤＦ  
ꢀ
是 美 国 国 家 高 性 能  
ꢀ
，
是纯粹的自由软件 源代码和解释器  
遵循  
Ｃ ｔｈｏｎ  
ｐｙ  
（
计算应用中心  
ＮａｔｉｏｎａｌＣｅｎｔｅｒｆｏｒＳｕｅｒｃｏｍ ｕｔｉｎ  
ꢀ ꢀ ꢀ ｐ  
ｐ ｇ  
（
ＧＰＬ ＧＮＵ ＧｅｎｅｒａｌＰｕｂｌｉｃＬｉｃｅｎｓｅ  
ꢀ
） 。  
协议  
Ｐｔｈｏｎ  
ｙ
ꢀ
ꢀ
，
Ａ ｌｉｃａｔｉｏｎ ＮＣＳＡ  
ｐｐ  
）
为了满足各种领域研究需求而  
， 。  
语法简洁清晰 它具有丰富和强大的库 常被戏称  
研制的一种能高效存储和分发科学数据的新型数据  
， （  
为胶水语言 能够把用其他语言制作的各种模块 尤  
，
格式 该格式可以存储不同类型的图像和数码数据  
，
／
Ｃ Ｃ＋＋  
） 。  
很轻松的连结在一起 由于  
Ｐｔｈｏｎ  
ｙ
其是  
。
并且可以在不同类型的机器上传输  
格式具  
ＨＤＦ  
。
有 自 描 述 性 通 用 性 扩 展 性 跨 平 台 性 等 优 点  
、 ，  
语言的简洁性 易读性及可扩展性 在国外用  
Ｐｔｈｏｎ  
ｙ
：
、
、
、
，
做科学计算的研究机构日益增多 一些知名大学已经  
： 、  
文件可以包含 种基本数据类型 光栅图像 调  
６
ＨＤＦ  
。
来教授程序设计课程 例如卡耐基梅隆  
采用  
Ｐｔｈｏｎ  
ｙ
、
、
、
。
色板 科学数据集 注解 虚拟数据和虚拟组  
ＨＤＦ  
《 》、 《  
大学的 编程基础 麻省理工学院的 计算机科学及  
，
世纪 年代 现在已经发展到  
８０ ＨＤＦ５  
，
最初产生于  
２０  
》
编程导论 就使用  
。
语言讲课 在科学计算方  
Ｐｔｈｏｎ  
ｙ
，
目前应用领域广泛 许多遥感领域的影像采用  
ＨＤＦ  
，
Ｐｔｈｏｎ  
ｙ
，
有 很 多 工 具 包 可 用  
Ｎｕｍ Ｓｃｉ Ｍａｔ  
、
、
面
ｐｙ ｐｙ  
－
，
格式存取 一些大的图形图像处理软件也提供接口读  
，
是使用较为广泛的工具包 他们分别为  
ｌｏｔｌｉｂ  
ｐ
Ｐｔｈｏｎ  
ｙ
。
文件 例如  
： 、 、  
ＩＤＬ ＭＡＴＬＡＢ Ｐｔｈｏｎ  
ｙ
。
等
取
ＨＤＦ  
、
。
提供了快速数组处理 数值运算以及绘图功能  
工具包中包括 子工具包  
，
卫星数据可视化设计  
３ ＦＹ４Ａ  
ꢀ －  
Ｍａｔｌｏｔｌｉｂ  
ｐ
Ｂａｓｅｍａ  
ｐ
， ，  
该工具用于绘制地图 且包含二十多种地图投影 非  
于 年 月  
ＦＹ４Ａ ２０１６ １２ １１  
－
日在西昌卫星发射  
。
常适合气象领域绘图 大气科学是一门海量数据的  
， ，  
中心发射 风云四号是我国新一代静止气象卫星 装  
， 、  
科学 数值预报与卫星 雷达等其他探测资料数据量  
，
载 多 种 观 测 仪 器 包 括 多 通 道 扫 描 成 像 辐 射 计  
， 、  
非常大 因此存储格式的选择对后续数据的读取 使  
（
）、  
、
干涉式大气垂直探测仪 闪电成像仪和空  
ＡＧＲＩ  
。
用至关 重 要 常 用 的 格 式 有  
，
而
ＨＤＦ  
和
ｎｅｔＣＤＦ  
。
，
个通道 其中  
１４  
间环境监测仪器等  
其
包含  
ＡＧＲＩ  
有对应的  
和
ｎｅｔＣＤＦ４ ｈ５  
ｐｙ  
工 具包用于处  
Ｐｔｈｏｎ  
ｙ
，
具体各通道指  
５００ｍ  
通道最高分辨达到  
０．６５ ｍ  
μ
。
格式  
ｎｅｔＣＤＦ ＨＤＦ  
理
和
。
１
标见表  
中国气象局用户主要通过  
和国  
ＣＩＭＩＳＳ  
和
２ ＮＣ ＨＤＦ  
ꢀ
数据格式介绍  
表
卫星多通道扫描成像辐射计  
１ ＦＹ４Ａ  
－
ꢀ
（
）
通道参数  
ＡＧＲＩ  
（
美国大 学 大 气 研 究 协 会  
Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔ ｃｏｒｏｒａ  
ｙ ｐ  
－
ꢀ
波长  
分辨率  
波长  
分辨率  
， ）  
ｔｉｏｎｆｏｒＡｔｍｏｓｈｅｒｅＲｅｓｅａｒｃｈ ＵＣＡＲ Ｕｎｉｄａｔａ  
ꢀ
项
ꢀ
ꢀ
ｐ
通道  
通道  
ｍ
μ
ｋｍ  
ｍ
μ
ｋｍ  
目科学家针对科学数据的特点开发了一种面向数组  
１
０．４７  
１
８
３．７２５  
ꢀ
４
４
４
４
４
４
４
ꢀ
ꢀ
ꢀ
ꢀ
，
型 并 适 用 于 网 络 共 享 数 据 模 式 和 编 码 标 准 即  
＊
２
ꢀ
０．６５  
０．５  
１
～
９
ꢀ
６．２５  
ꢀ
ꢀ
（
）
数据格式  
ｎｅｔＣＤＦ ＮｅｔｗｏｒｋＣｏｍｍｏｎＤａｔａＦｏｒｍ  
，
ꢀ
ꢀ
ꢀ
（ ）  
７．１６．９ ７．３  
～
３
ꢀ
０．８２５  
１
ꢀ
１０  
ꢀ
ꢀ
，
格式开始主要用于存储大气科学数据 现  
ｎｅｔＣＤＦ  
（
８．５８．０ ９．０  
～
）
４
ꢀ
１．３７  
２
ꢀ
１１  
ꢀ
ꢀ
。
已经成为许多数据采集软件生成文件的格式 通过  
（ ）  
１０．８１０．３ １１．３  
～
５
ꢀ
１．６１  
２
ꢀ
１２  
ꢀ
ꢀ
、
格式可以对网格数据进行高效的存储 管  
ｎｅｔＣＤＦ  
＊
（ ）  
１２．０１１．５ １２．５  
～
６
ꢀ
２．２２５  
２
４
～
１３  
ꢀ
ꢀ
、 。 ，  
理 获取和分发 该数据格式还有一大优点 即自描  
（ ）  
１３．５１３．２ １３．８  
～
７
ꢀ
３．７２５Ｈ  
２
ꢀ
１４  
ꢀ
， 、 、  
述特性 可将数据类型 创建时间 数据范围等信息  
，
写入文件 当数据使用者没有数据格式说明时可通  
：
＊
。
表示该通道可以进行抽样降低分辨率  
注
ꢀꢀ  

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