基于图像熵的卫星云图分类方法

黄勇，张文建，郁凡

(1.南京信息工程大学，江苏南京210044;2.安徽省气象科学研究所，安徽合肥230031;3.南京大学，江苏南京210093)

0 引言

气象卫星是监测降水、降雪、冰雹等天气现象的有效手段之一(张晰莹和王承伟，2007;纪晓玲等，2010;王蕾等，2011;翟菁等，2011)。20世纪70年代，Barrett(1970)就开始利用每日一次的云图资料估计降水量。之后，国外许多学者都在这方面开展了卓有成效的研究工作，逐渐形成“云指数法”(Adler and Mack，1984;陈渭民等，1995)和“生命史法”(Gfrith et al.，1978;Stout et al.，1979;中村和信和土屋乔，1985;Alder and Negri，1988)两类基本的降水估算方法，并逐步将地面观测、天气雷达等资料以及聚类、小波分析和神经网络等新技术运用其中(师春香等，2001a，2001b;郁凡，2003;阿迈德等，2004;桂海林和郁凡，2004;潘永地和姚益平，2005;李伟钢等，2006)。

由于红外/可见光通道仅能观测到云顶的信息，在降水监测过程中，主要通过相关的模型方法，来推算地面降水量。而降水机制(暖云降水、冷云降水、混合性降水)的差异，会导致云顶信息与地面降水间关系的不同。因此，在卫星降水估算中，有必要先进行云的分类，之后再针对不同的云类型来设计估算模型，以提高精度。

云分类主要根据云的特性和形成过程来进行类别划分，通常考虑的几个因子是:云的外观、高度、形成过程和云粒子组成等。20世纪70年代Koffler et al.(1973)就开始采用阈值方法，来进行云和地表的划分。随着气象卫星通道信息的不断丰富，多光谱阈值法得到了广泛应用。周伟和李万彪(2003)利用GMS-5红外多通道亮温资料进行云分类，准确率接近70%。杨澄等(2002)将模式预报结果与多谱阈值法相结合，能较准确地在GMS-5卫星云图上区分云与晴空，判别出高云和低云。……