PHÂN TÍCH ẢNH MÂY VỆ TINH

Chương này ta sẽ tìm hiểu những kiến thức cơ bản về phân tích ảnh mây vệtinh, như đặc điểm từng loại ảnh (thị phổ, hồng ngoại, hồng ngoại tăng cường và hơinước), so sánh giữa chúng với nhau nhằm hiểu rõ đặc điểm và công dụng của chúng.Sau đó cần làm quen với các phương pháp tăng cường ảnh để làm nổi bật các đặc điểmcần quan tâm cho mục đích phân tích dự báo sau này. Cuối cùng là rèn luyện kỹ năngnhận biết các loại mây chủ yếu trên một ảnh mây vệ tinh để từ đó đi đến nhận biết cáchệ thống thời tiết trên ảnh mây. Ở đây đã hoà trộn hai khái niệm dịch giải (hay lý giải)ảnh vệ tinh (image interpretation) và phân tích ảnh (image analysis) để đơn giản và dễhiểu trong cách trình bày. Đó là những kiến thức cơ bản về phân tích ảnh mây vệ tinhcần thiết trước khi đi vào sử dụng chúng trong phân tích dự báo thời tiết ở chương sau.

CHƯƠNG PHÂN TÍCH ẢNH MÂY VỆ TINH Chương ta tìm hiểu kiến thức phân tích ảnh mây vệ tinh, đặc điểm loại ảnh (thị phổ, hồng ngoại, hồng ngoại tăng cường nước), so sánh chúng với nhằm hiểu rõ đặc điểm công dụng chúng Sau cần làm quen với phương pháp tăng cường ảnh để làm bật đặc điểm cần quan tâm cho mục đích phân tích dự báo sau Cuối rèn luyện kỹ nhận biết loại mây chủ yếu ảnh mây vệ tinh để từ đến nhận biết hệ thống thời tiết ảnh mây Ở hoà trộn hai khái niệm dịch giải (hay lý giải) ảnh vệ tinh (image interpretation) phân tích ảnh (image analysis) để đơn giản dễ hiểu cách trình bày Đó kiến thức phân tích ảnh mây vệ tinh cần thiết trước vào sử dụng chúng phân tích dự báo thời tiết chương sau 3.1 Phân tích đặc điểm chủ yếu loại ảnh mây vệ tinh 3.1.1 Ảnh viễn thám vệ tinh khái niệm phân tích ảnh Số liệu hình ảnh viễn thám vệ tinh thể hai định dạng ảnh tương tự ảnh số Những hình với tơng xám (gray tone) màu biểu diễn liên tục giống ảnh thông thường gọi ảnh tương tự (analog image) Còn hình chia nhiều nhỏ, mà tơng xám trung bình biểu thị số nguyên dương gọi ảnh số (digital image) Khái niệm rõ hình 3.1 Hình 3.1 Hai định dạng số liệu hình ảnh viễn thám vệ tinh [22, (2)] 66 Mỗi nhỏ nói ảnh điểm (pixel) Hình dạng(shape) ảnh điểm thường cho hình vng để dễ sử dụng, hình tam giác lục giác k Số số ảnh điểm số nhị phân (hay bits), biến đổi từ đến , k số bits dùng để biểu diễn độ sâu ảnh, phụ thuộc vào cảm biến kế vệ tinh cụ thể Số mức độ chói cực đại có phụ thuộc vào số bít sử dụng để diễn tả lượng ghi Như vây cảm biến kế dùng bít để ghi số liệu ảnh ta có 28 = 256 mức xám (hay màu) ảnh, xếp từ (mức lượng ghi thấp nhất) đến 255 (mức lượng ghi cao nhất) Trị số mức xám biểu thị độ phân giải ảnh Loại ảnh 16 bít có 216=65536 mức xám, ảnh 24 bít có 224=16777216 mức xám Ảnh bít có 256 mức xám xem ảnh có độ phân giải cao Một ảnh mây vệ tinh ghi kỹ thuật số với độ sâu bít, khơi phục dạng mắt ta nhìn thấy được, hình hình máy tính 256 sắc thái độ xám, từ màu đen đến 255 trắng Ảnh số có toạ độ số ảnh điểm, thường tính từ trái sang phải, số dòng, thường tính từ xuống Mắt người nhận rõ tới 64 sắc thái độ xám , mức xám cao mắt người khơng phân biệt Ta kiểm tra điều hình 3.2 đây: 16 møc x¸m (16 gray shades ) 32 m−ca x¸m (32 gray shades ) 64 møc x¸m (64 gray shades ) 128 møc x¸m (128 gray shades ) Hình 3.2 Biểu diễn mức xám ảnh [12,22(2)] Khái niệm phân tích ảnh mây vệ tinh bao hàm ý nghĩa hai thuật ngữ: lý giải ảnh phân tích Lý giải ảnh định nghĩa trích xuất thơng tin định tính định lượng dạng đồ hình thái (shape), vị trí, cấu trúc, chức năng, chất lượng, điều kiện quan hệ đối tượng, sử dụng kiến thức kinh nghiệm người Đôi người ta sử dụng định nghĩa hẹp lý giải ảnh photo (photo-interpretation) Còn phân tích ảnh (image analysis) hiểu quan hệ thông tin lý giải trạng thái tượng thực tế đánh giá trạng thái tình Khi ta có số liệu ảnh số ta có xử lý số, ta có ảnh tương tự ta có xử lý ảnh Trước vào phân tích ảnh mây vệ tinh, chúng phải kiểm định trước 67 (calibration), bao gồm kiểm định (hay hiệu chỉnh) hình học (đặt điểm ảnh vào vị trí địa lý nó) kiểm định vật lý (chuyển đổi số đọc thiết bị đo xạ tham số vật lý) Ở ta khơng xem xét q trình xử lý ảnh số (digital image processing) số liệu vệ tinh, mà đề cập hạn chế vấn đề thật cần thiết người ứng dụng, thực chất ngày nhiều công đoạn xử lý số thực vệ tinh máy chủ mặt đất nước chủ quản vệ tinh Ví dụ, số liệu NOAA AVHRR, việc kiểm định (calibration) số liệu thị phổ cận hồng ngoại tiến hành mặt đất, số liệu hồng ngoại thực vệ tinh (số liệu nhiệt chuyển đổi nhiệt độ chói nhờ hai số liệu nhiệt độ tham khảo không gian (-2700C) vật đen (150C) đo nhiệt kế điện trở pla-tin) Kiểm định khâu quan trọng xử lý số liệu viễn thám, định nghĩa hiệu chỉnh số liệu quan trắc, đưa chúng số liệu nghĩa địa vật lý Thí dụ, kiểm định bao hàm ý nghĩa hiệu chỉnh số liệu quan trắc số liệu ảnh hồng ngoại hiệu chỉnh ảnh hưởng mơi trường khí sai khác vật đen đối tượng quan trắc thực tế Các phương pháp phân tích ảnh mây vệ tinh tiên tiến sử dụng công nghệ thơng tin để số hố ảnh kết hợp với thông tin viễn thám quan trắc bề mặt thông thường để chế tác đặc trưng, tham số trạng khí quyển/thời tiết, cung cấp cho dự báo viên sy-nôp, nhà dự báo thời tiết số trị đưa vào mô hình số Song trước vào phân tích ảnh mây định lượng định tính phức tạp hơn, ta cần nắm ý nghĩa đặc trưng bản, mang tính chất loại ảnh thị phổ, ảnh hồng ngoại ảnh nước Ngoài cần ghi nhận phần phân tích mang tính chất chung cho loại ảnh vệ tinh nước Với việc sử dụng cụ thể loại vệ tinh người dùng cần biết chi tiết đặc điểm kênh vệ tinh tránh thiếu sót chi tiết Thí dụ, với thiết bị đo xạ NOAA-AVHRR Mỹ, thông thường người ta sử dụng số liệu kênh 1, cho phân tích thời tiết, kênh không cung cấp nhiều thông tin phụ cho phân tích thời tiết Nếu cần nhiệt độ xác người ta phải sử dụng phương pháp cửa sổ tách (split-window) kênh hồng ngoại mục nói ước lượng nhiệt chương 3.1.2 Các ảnh thị phổ (VIS) Ảnh vệ tinh thị phổ biểu diễn ánh sáng tán xạ phản chiếu từ đối tượng quan trắc, nên chúng hình ảnh (patterns) ta nhìn thấy chúng từ độ cao vệ tinh địa tĩnh hay vệ tinh cực phía trái đất Các đám mây, bề mặt đất, lớp phủ thực vật biển, phản chiếu ánh sáng mặt trời trở lại không gian đến vệ tinh Sự khác albedo đối tượng mây, nước, đất, lớp phủ thực vật, giúp ta phân biệt chúng ảnh vệ tinh Những đám mây dày phản xạ mạnh (hay albeđô lớn hơn) xuất sáng chói so với đám mây mỏng ảnh thị phổ, ảnh thị phổ cho ta thông tin lớp phủ mây Tuyết, mây dày cao sáng chói bề mặt đất biển Bề mặt đất biển xám tối mây, mặt biển lại tối bề mặt đất biển hấp thụ ánh sáng thị phổ lớn 68 Dưới hình ảnh thị phổ từ vệ tinh địa tĩnh GOES-9 vệ tinh quỹ đạo cực NOAA-17 Mỹ: Hình 3.3a Ảnh thị phổ GOES-9 Hình 3.3b Ảnh thị phổ NOAA-17 (03UTC, 24/11/2004) [22, (4)] (03UTC, 29/11/2004) [22, (8)] Mây ảnh thị phổ có màu sáng thành phần mật độ hạt nước băng có mây, mây dạng tầng (Stratus) có nhiều hạt mây nên phản xạ xạ mặt trời nhiều, mây có màu sáng chói Mây dạng sợi (Cirrus), lại mỏng có mật độ hạt thưa nên khó thấy Tuy nhiên khó khăn chỗ phân biệt mây cao, mây trung mây thấp ảnh thị phổ chúng có albedo tương tự Để phân biệt điều có ảnh mây hồng ngoại hữu ích, nên cần phối hợp với ảnh mây hồng ngoại Có thể tóm tắt đặc điểm chủ yếu ảnh thị phổ sau: a) Ảnh thị phổ nhìn thấy từ ánh sáng mặt trời phản chiếu Vì ảnh nhìn giống tranh chụp máy ảnh thơng thường Vì ảnh thị phổ đo xạ phản chiếu, nên từ ảnh thị phổ xác định albedo đối tượng quan sát Vì ảnh có từ ánh sáng mặt trời nên có vào ban ngày b) Trên ảnh thị phổ mây xuất màu trắng, mặt đất nước màu xám đen đen, mặt đất sáng mặt biển (trên ảnh hồng ngoại phụ thuộc nhiệt độ biển đất, phụ thuộc thời gian ngày nên ngược lại) c) Bóng dâm mây dơng nhìn thấy hướng mây thấp vào lúc xế chiều Các lớp phủ, lớp tuyết phủ, kiểm sốt khơng di chuyển mây Đặc điểm bề mặt, dòng chảy nhìn thấy ảnh thị phổ d) Ảnh thị phổ dùng phối hợp với ảnh IR để phân biệt loại mây Mây Stratus ảnh thị phổ trắng, ảnh IR xám; mây Cirrus dày có màu trắng loại ảnh Nhờ việc kết hợp loại ảnh thị phổ hồng ngoại ta theo dõi điều kiện mù liên quan với ô nhiễm không khí 3.1.3 Các ảnh hồng ngoại (IR) Ảnh hồng ngoại nhiệt (IR) cho ta biết nhiệt độ mặt đất, biển 69 đỉnh mây chúng Đối với ảnh hồng ngoại, nói chương trước, đối tượng ấm xuất màu xám tối hơn, đối tượng lạnh xuất sáng trắng Vì nhiệt độ tầng đối lưu giảm theo độ cao nên mây cao lạnh mây thấp Mà nên mây thấp xuất màu tối ảnh hồng ngoại, mây cao xuất màu sáng chói Nói chung, nhiệt độ ấm (0-30 oC) có nghĩa mặt đất biển khơng có mây bao phủ Khi nhiệt độ giảm xuống, có nghĩa mây phát triển cao dày đặc Nhiệt độ lạnh có nghĩa đỉnh mây cao, hoạt động đối lưu dông mạnh Trên ảnh mây IR, GMS-5 (trái) NOAA17 (phải) TTDB KTTV TW lúc 0327Z ngày 25/11/2004 ta thấy rõ gần mũi Cà mâu mây xoáy bão số phát triển mạnh, có màu sáng chói, lúc khu vực miền Trung nước ta có vùng mây trắng sáng, nhỏ hơn, đối lưu mạnh Ở vùng có mưa to đến to Trên khu vực phía bắc nước ta có mây, màu sáng mờ, chứng tỏ mây mỏng thấp nhiều Hình 3.4 Ảnh GMS-5 IR1 00Z NOAA17 IR4 0327Z, 25-11-2004 [22, (8)] Để thấy hình ảnh mây liên tục suốt ngày đêm người ta phải sử dụng ảnh hồng ngoại Nói chung đám mây lạnh thấy độ cao cao, mây ấm thấy độ cao thấp gần với bề mặt trái đất Có thể tóm tắt đăc điểm ảnh hồng ngoại nhiệt sau: a) Các ảnh hồng ngoại có lượng (nhiệt) hồng ngoại mà đối tượng mặt đất, nước mây xạ dạng phát xạ vào khơng gian, ảnh hồng ngoại thu suốt ngày lẫn đêm Vì ảnh IR đo lượng xạ nhiệt phát xạ đối tượng đo nên từ xác định nhiệt độ đối tượng đo; nhờ mà sử dụng phối hợp với ảnh nước để xác định giáng thuỷ b) Trên ảnh hồng ngoại, mặt nước bề mặt mặt đất ấm làm xuất màu xám tối màu đen Các đỉnh mây lạnh màu trắng, mây mực thấp 70 ấm nên có màu xám Các mây thấp sương mù khó nhận ảnh hồng ngoại mà nhiệt độ chúng bề mặt gần chúng gần sát bề mặt trái đất c) Một tính ưu việt ảnh hồng ngoại xử lý ảnh tăng cường màu Số liệu từ ảnh hồng ngoại thông thường chế tác đặc biệt để làm bật chi tiết nhiệt độ cấu trúc hình thái mây cách gán độ xám đậm nhạt màu để co hẹp giải nhiệt độ lại Các ảnh thường mã hoá màu hình máy vi tính d) Vì ảnh IR thu liên tục nên tạo ảnh động nhằm theo dõi di chuyển hay trình phát triển hệ thống mây khu vực mà ta quan tâm 3.1.4 Ảnh hồng ngoại tăng cường màu Bảng 3.1 Bảng màu quy ước nh hng ngoi Mầu Lục lam tối Lam Xanh lơ nhẹ Xanh lơ tối Xanh tối Xanh Nâu Vàng Nhiệt độ(0C) -32 đến -43 -43 -54 -54 -60 -60 -64 -64 -70 -70 -76 -76 -81 -81 -90 Nhiệt độ(F) Đối tợng -25 đến -45 Dòng xiết mây hình đe -45 -65 -65 -76 Mây dòng xiết dầy -76 -83 đỉnh mây dông mạnh -83 -94 -94 -105 Đỉnh dông nguy hiểm -105 -114 Đỉnh mây bão mạnh -114 -130 Hỡnh 3.5 nh IR tng cường màu [22, (6)] (trái) [12] (phải) 71 Vì ảnh hồng ngoại nhiệt dùng để xác định độ cao mây, nên người ta biến đổi ảnh hồng ngoại chuẩn cách tăng cường màu nhằm làm lên vùng mây đỉnh mây lạnh Khi tăng cường màu đỉnh mây thường tô màu khác biệt tơ màu cho phản ánh đỉnh lạnh tương ứng với độ cao Màu sắc chọn nhiều linh hoạt tuỳ thuộc vào người xử lý đối tượng mà ảnh ghi Nhóm tác giả Đại học Illinois Urbana-Champain xử lý tăng cường màu theo bảng màu 3.1 Kết nhận ảnh tăng cường hình 3.5 (hình phải) Song người khác lại dùng màu hồn toàn khác để nhấn mạnh độ lạnh tương ứng với độ cao đỉnh mây cao ảnh IR Cơ quan Khí tượng Hồng kơng hình 3.5 (trái) Tóm lại, ảnh hồng ngoại tăng cường màu so với ảnh hồng ngoại khơng tăng cường có thêm ưu sau: a) Các ảnh tăng cường màu làm cho giữ ranh giới nhiệt độ mặt biển mặt đất Những nhiệt độ bề mặt đóng vai trò chủ đạo việc sinh biến đổi thời tiết Các mây lạnh, cao liên quan với thời tiết khắc nghiệt dễ dàng giám sát b) Các ảnh tăng cường màu phân tích để đưa ước lượng cường độ mưa Thơng tin dùng phân tích dự báo mưa, lũ, đặc biệt lũ quét 3.1.5 Các ảnh nước (WV) Ảnh nước hữu ích việc phân biệt khu vực ẩm khu vực khơ Ở tầng trung tầng cao khí cho ta thơng tin gió dòng chảy xiết Các màu tối cho ta biết khơng khí khơ hơn, màu trắng sáng khơng khí ẩm Trên hình 3.6 ảnh nước vệ tinh GMS-5 Nhật chụp, ta thấy khu vực nhiệt đới xích đạo ẩm tập trung lớn, thường xun có nhiễu động, dơng đối lưu hệ thống áp thấp Còn vùng vĩ độ trung bình diện tích màu tối chiếm nhiều hơn, chứng tỏ khơ hơn, thường cao lạnh khơ khống chế Hình 3.6 Ảnh nước GMS-5 [22, (3)] (trái) GOES-9 [22, (2)] (phải) 72 Trong dự báo thời tiết ảnh nước có tầm quan trọng đặc biệt quan tâm, chúng liên quan trực tiếp đến giáng thuỷ tượng thời tiết nguy hiểm Do xem xét chi tiết thêm ảnh nước quan hệ với số đối tượng chủ yếu sau đây: - Độ ẩm tương đối: Theo số tác giả [11, 15, 17, ] số liệu ảnh nước 6-7àm phân tích độ ẩm tương đối từ mực trung bình đến mực cao: + Trên miền tối vệ tinh đo nhiều xạ miền sáng Bức xạ đạt đến vệ tinh nhiều hai nguyên nhân: i) Các vùng tối ấm vùng sáng tầng trung tầng cao khí quyển, ii) Trên vùng tối nước hàm trọng lượng thấp hơn, điều có nghĩa xạ đạt đến vệ tinh xuất phát từ tầng thấp ấm khí + Trong trường hợp khác độ ẩm tương đối khu vực tối nhỏ khu vực sáng - Chuyển động thẳng đứng: Vì khơng khí ẩm chuyển động lên khơng khí khơ chuyển động xuống nên vùng độ tương phản tối sáng ảnh nước phân tích khu vực có chuyển động thăng, giáng tương ứng Điều đặc biệt rõ front độ tương phản qua front ảnh nước cho ta thấy mức độ mạnh yếu front Trên ảnh trái hình 3.6, dải xốy sáng hình dấu phẩy gần cực bắc nam front vùng vĩ độ cao - Dòng chảy cao: Hơi nước di chuyển với gió, thường xun thay đổi theo dòng chảy nên quan trắc vùng mây tự ảnh nước Xống rãnh suy từ ảnh nước Các ảnh nước quay vòng (loop) sử dụng để theo dõi hình nước này, giống mây theo dõi ảnh thị phổ ảnh 11àm, cho ta vec-tơ gió Các cảm biến kế nước đặt vệ tinh thời tiết phát khu vực tập trung nước khí cao tầng đối lưu độ cao km Các khu vực đơi tương tự xốy rộng lớn chùm tóc, nhìn thấy dòng chảy phạm vi vượt qúa đồ thời tiết cỡ lớn Những nghiên cứu thời cho lúc bất kỳ, nước khí phát tập trung vài dòng chảy xiết cỡ lớn tạo thành tương tự dòng sơng trời 3.2 Những kiến thức tăng cường độ nét ảnh mây vệ tinh 3.2.1 Sự cần thiết phải tăng cường độ nét ảnh mây vệ tinh Tăng cường ảnh định nghĩa chuyển đổi chất lượng ảnh sang mức tốt dễ hiểu cho mục đích trích xuất hay lý giải đặc điểm đối tượng ảnh Chuyển đổi chất lượng ảnh thực chất "nắn" ảnh điểm cho nhìn rõ 73 đặc điểm ảnh để dễ dàng phân tích lý giải ảnh Nội dung chủ yếu tăng cường ảnh bao gồm chuyển đổi kích cỡ độ xám ảnh, biểu đồ phân bố độ chói ảnh, màu từ RGB sang HSI, lọc tổ hợp màu, Nhiệt độ biểu diễn thang độ xám (đen không mây, màu trắng tăng lên có nghĩa mây cao hơn, lạnh hơn), theo sơ đồ màu (xanh-đen cho đất/biển mây thấp, qua màu khác nhiệt độ lớp đến sắc thái nhẹ mây cao lạnh Trong gam màu bảng 2.4 chương áp dụng ảnh hồng ngoại IR gán màu cho dễ phân biệt dải màu có nhiệt độ khác Vì mắt người phân biệt nhiều sắc thái độ xám ta cho lên hầu hết loại ảnh vệ tinh, nên tăng cường độ nét ảnh cần thiết để phóng đại khác sắc thái nhỏ bé đặc điểm mà ta cần quan tâm Đặc biệt đám mây có cấu trức gờ, mép cạnh, đỉnh điểm mây đối lưu hay hệ thống mây front xoáy thuận nhiệt đới 3.2.2 Tăng cường ảnh mây vệ tinh hồng ngoại nhiệt Có nhiều phương pháp tăng cường ảnh quy gọn lại gồm trình lọc (như lọc nhiễu, lọc đối tượng khơng cần thiết, ), thay đổi độ tương phản hàm tuyến tính, tuyến tính đoạn, thay đổi độ tương phản hàm phi tuyến Qúa trình tăng cường ảnh mà ta sử dụng để chế tác ảnh tăng cường đơn giản, đặc biệt sử dụng phần mềm xử lý ảnh Một trình bày sáng sủa lý thú nhóm tác giả [12, 2000] lấy làm sở cho tăng cường ảnh mô tả tiểu mục Các trị số độ xám theo hàng sử dụng làm trị số đầu vào tương ứng ta nhận trị số khác kết đầu Thí dụ dải đầu vào mức xám 100 đến 150, ta chuyển đổi thành dải 50 đến 200, độ tương phản lớn đầu Sau ta xem xét tăng cường ảnh thực a) Khơng tăng cường nhiƯt ®é (0C) ® ầ u r a trắng m ậ t đ ộ p h i m ®en Hình 3.7 Sơ đồ ngun tắc ảnh IR không tăng cường [12, 22(2)] 74 Đầu tiên ảnh không tăng cường, đầu vào đầu nhau, hay đường thẳng tăng cường đường chéo hình vng hình 3.7 Khi ảnh vệ tinh thô lên, miền với lượng mặt trời phản xạ (kênh NIR ban ngày) thấp lượng phát xạ trái đất thấp gồm trị số độ chói thấp; ngược lại, với miền lượng mặt phản xạ lớn phát xạ lớn độ chói lớn Vì theo định luật Stefan-Boltzmann, W = úT4 , lượng phát xạ tỷ lệ với nhiệt độ vật, mây khí tầng cao với đỉnh lạnh lên tương đối tối ảnh hồng ngoại nhiệt thô Song theo thông lệ khí tượng, mối quan hệ lượng phát xạ trị số độ chói đổi ngược lại ảnh hồng ngoại nhiệt cho đỉnh mây lạnh bề mặt lạnh hìện lên sáng chói Ảnh vệ tinh thị phổ lượng mặt trời phản chiếu khơng tăng cường Các kênh vệ tinh mà hai lượng phản xạ phát xạ đáng kể đường cong tăng cường đảo nghịch không thực việc tăng cường ảnh b) Thay đổi tuyến tính độ chói ảnh nhiƯt ®é (0C) nhiƯt ®é (0C) trắng trắng m ậ t đ ộ p h i m đ ầ u r a m ậ t đ ộ p h i m đ ầ u r a đen đen đầu vào đầu vào Hỡnh 3.8 S thay đổi độ chói ảnh [22, (2)] Hình 3.9 Ảnh tăng cường theo đường màu xanh (trái) đỏ (phải) [12, 22(2)] 75 dạng mây theo ngữ nghĩa ta cần ghi nhớ thuật ngữ liên hệ với từ gốc mây dạng tầng (gốc từ Stratus), dạng tích (gốc từ Cumulus), dạng ti (ti tơ dạng sợi, gốc từ Cirrus) thêm vào dạng vũ tích (Cumulonimbus - Cb) Dưới tóm tắt phân loại mây đại cương, theo độ cao đặc điểm hình thành Nếu quan sát mây từ bề mặt ta thấy nét đặc trưng sau: - Mây St mây thấp nhất, thường xuất dạng che phủ, rải đám nhỏ Các phần tử mây cá thể khơng có gờ cạnh rõ ràng - Mây Sc gồm phần tử lớp mây chặt xít vào với phát triển thẳng đứng nhỏ, tương đối phẳng khơng có gờ sắc nét, trơng "ngô rang nổ" từ mây Cu - Mây As trông lớp khuyếch tán đồng nhất, khó phân biệt phần tử cá thể đặc trung mây, màu xám phớt xanh - Mây Ac gồm phần tử mây dễ phân biệt dạng luống với dải sóng - Mây Ci gồm tinh thể băng dạng sợi mỏng manh, đứng thành cụm thành dải Bảng 3.5 Các loại mây [22, (1)] Loại mây theo độ cao mây Tầng cao Tầng trung Tầng thấp Mây phát triển thẳng đứng (vũ tích) Mây tầng Mây đối lưu / mây tích Dạng hỗn hợp/khác Độ cao đặc trưng Cs Cc Ci - 12km Cirrostratus Cirrocumulus Cirrus As Ac Altostratus Altocumulus - 6km St Cu Sc Stratus Cumulus Stratocumulus Cb 100m - 2km 100m - 15km Cumulonimbus Ns 100m - 2km Nimbostratus - Mây Cs mây thể băng, tạo thành mây thấu quang trông gồm sợi mây vải mịn, che phủ phần toàn bầu trời - Mây Cc mây băng, gồm phần tử nhỏ dạng miếng tách rời nhau, cỡ cá xếp đặn bầu trời - Mây Cb mây phất triển thẳng đứng, có độ cao cao loại mây, vươn tới độ cao 18km Trơng dãy núi hay tháp cao Đỉnh mây thường có hình đe, gồm tồn hạt mây băng - Ns mây chứa đầy nước, tối, liên quan với vùng rộng lớn có mưa liên tục Mặc dù trần mây thường thấp đỉnh mây vươn tới tầng mây trung Cần nói thêm mây Ns thường có nguồn gốc từ mây Cb nên nhiều mưa lớn, hay từ mây As hạ thấp độ cao mà trở thành Ns Nói chung từ nguồn gốc độ dày As mỏng khơng thể cho mưa lớn được, mây dày, mưa lớn - Mây Cu mây có dạng cụm nhỏ, có đáy (trần mây) tương đối phẳng, 88 đỉnh cụm mây tròn/cong, tầng thấp gồm hạt nước cho mưa Ngồi ra, có người xếp mây Cu vào loại phát triển theo chiều thẳng đứng, song cho xếp mây Cu vào mây đối lưu tầng thấp hợp lý Tất nhiên người xếp mây Cu vào mây phát triển theo chiều thẳng đứng dựa vào quan điểm cho mây Cu phát triển thành Cu Congestus, phát triển tiếp thành Cb Nếu lý luận Cb vỡ lại thành Ac cugen, Ac, hoá ta phải xếp Ac vào nhóm với Cb hay ? Chưa hết, sương mù có người xếp vào mây thấp, ta xếp riêng Người xếp sương mù vào mây tầng thấp St sương mù nhiều khơng phân biệt độ cao địa hình nơi quan trắc, phổ biến trạm vùng núi Hay nói cách khác sương mù mây St có trần mây tiếp súc với mặt đất Việc phân loại mây vấn đề phức tạp, cách phân loại có ưu nhược điểm riêng, ta khơng bàn thêm Để thay cho việc mơ tả chi tiết loại mây, ta dẫn hình 3.20 nhằm giúp ta trực giác thuộc lòng hình thái loại mây Xin nhớ hình thái loại mây nhìn từ bề mặt trái đất Chúng giúp ta khả nhận biết mây ảnh vệ tinh, nghĩa nhìn từ khơng trung xuống đám mây 3.5.2 Nhận biết mây sở ước lượng so sánh Cs Cc Ac As St Ns Ci Cu Sc Cb Hình 3.20 Hình thể mây nhìn từ bề mặt đất [22, (5)] 89 a) Căn vào đặc trưng xạ phản chiếu ảnh thị phổ, xạ hồng ngoại nhiệt ảnh hồng ngoại đặc trưng mây Kỹ thuật đo lường mây đơn giản phương pháp giá trị ngưỡng, nhiệt độ vật đen tương đương hay giá trị ngưỡng hệ số phản xạ phổ chọn để phân biệt đối tượng mây hay mây ảnh hồng ngoại thị phổ Thông tin nhiệt độ đỉnh mây thu nhờ việc so sánh nhiệt độ chói với profile nhiệt độ khí quan trắc vô tuyến thám không Cách thường cho độ cao mây ước lượng thấp thực tế Sử dụng giá trị ngưỡng hệ số phản xạ thị phổ hay cận hồng ngoại tốt cho việc xác định quang cảnh đại dương bầu trời quang mây, nghĩa khơng có tia mặt trời phản chiếu Thí dụ ta phân loại pixel mây hệ số phẩn chiếu bước sóng thị phổ lớn 8% Song nhiều điều kiện bề mặt làm cho vấn đề đặc trưng hố khơng phù hợp, đặc biệt cần ý tuyết băng Thêm vào đó, số loại mây Cirrus, Stratus thấp mây Cumulus nhấp nhô khó nhận biết thiếu tương phản so với xạ bề mặt Các rìa mây hay xon khí gây khó khăn thêm cho việc phân biệt có mây trời quang tuyệt đối b) Phương pháp đa phổ Một cách khác sử dụng tổ hợp kênh Thí dụ phương pháp chia tách cửa sổ, sử dụng quan trắc sát 11 12ỡm để nhận biết mây đại dương Việc phân loại mây hoàn thiện cách xem xét nhiệt độ vật đen 11ỡm độ chói khác 11 12ỡm Cảnh trời quang mây có nhiệt độ ấm khác nhiệt độ chói âm, thường nhỏ khoảng -10 Một phương pháp kết hợp kênh đơn giản khác sử dụng quan trắc thị phổ hồng ngoại Trong phương pháp hệ số phản xạ thị phổ quan trắc nhiệt độ vật đen tương đương tổ hợp dãy chiều (2-D array), sau quan trắc phân loại dựa nhiệt độ độ chói tương đối chúng Thí dụ đại dương trời quang mây ấm tối đen, mây đối lưu lạnh sáng chói Việc phân loại mây tự động thực gán giá trị ngưỡng, sử dụng phương pháp thống kê xác suất tối đa c) Phương pháp lát cắt CO2 Lát cắt CO2 sử dụng để phân biệt mây truyền xạ từ mây không suốt trời quang, sử dụng quan trắc đa phổ thám sát xạ hồng ngoại độ phân giải cao Với xạ xung quanh băng tần hấp thụ CO2 15ỡm, mây mực khác khí nhận biết Bức xạ từ sát trung tâm dải hấp thụ nhậy cảm với mực cao xạ từ cánh (biên) dải tần (xa trung tâm dải tần) lại thấy liên tục lớp thấp khí Thuật tốn lát cắt CO2 xác định hai lớp mây (và nhiệt độ mây liên quan) tổng lượng mây từ nguyên tắc truyền xạ Điều đặc biệt hiệu việc nhận biết mây Cirrus mỏng mà thường bị nhầm lẫn dùng phương pháp cửa sổ hồng ngoại giản đơn ảnh thị phổ 3.5.3 Những điểm nhận biết mây dạng tích dạng tầng Mây hình thành nước bão hoà ngưng kết thành hạt nhỏ, dạng thể lỏng hay thể rắn, hạt nước hạt băng (hay tuyết) Mây dạng tầng (hay lớp) tạo thành trình bình lưu, có chuyển động lên 90 khí quyển, dạng chuyển động thẳng đứng chỉnh đốn, khơng khí ấm trườn từ từ lên khơng khí lạnh theo quy mơ rộng theo chiều ngang Hình 3.21 So sánh mây dạng tầng loại ảnh mây vệ tinh [22, (2)] Chính vây mà mây dạng tầng có chiều nằm ngang rộng, thường dăng ngang bầu trời hình phía bên phải hình 3.20 Trên ảnh mây vệ tinh thị phổ hồng ngoại thường vùng phẳng lì, ta thấy vng hình (a), (b) hình 3.21 Trên ảnh thị phổ (a) ta thấy vùng mây trắng phớ, tương đối phẳng, sang ảnh hồng ngoại (b), vùng mây tầng độ phẳng lỳ trọn vẹn hơn, tông màu xám phẳng mịn hơn, ảnh nước (c) đám mây tầng có màu xanh pha màu xanh lơ; màu xanh thể độ ẩm lớn hơn, hay mây tầng cao hơn, so với màu xanh lơ Mây tích thường hình thành q trình đối lưu, từ quy mơ địa phương đến quy mô lớn, từ đối lưu nông đến đối lưu sâu Đối lưu quy mô nhỏ ứng với đám mây Cu nhỏ thường nguyên nhân nhiệt lực địa phương, chúng khơng phát triển lên thường tình đối lưu thời tiết tốt Đối lưu sâu dẫn đến hình thành mây Cu cong Cb Nếu đối lưu sâu phát triển mạnh thường liên quan với hệ thống thời tiết khắc nghiệt, front lạnh, áp thấp nhiệt đới bão Chính mây dạng tích thường có hình cụm hay búi mây (giống búi sợi), chiều ngang thường tương đương nhỏ chiều tẳng đứng tranh phần hình 3.20 Trên hình 3.21, ảnh mây thị phổ (a) hồng ngoại (b) chúng thường có hình cụm cụm, san sát vào ta thấy phần vng góc đơng nam phía tây hình vẽ Với ảnh nước (c) mây dạng tích vết màu lốm đốm, tông màu không liên tục đồng Song dù loại thời tiết mây dạng tích dễ ghi nhận ảnh mây vệ tinh thị phổ hồng ngoại chừng khơng có loại mây khác nằm bên Trong trình phát triển tan rã, mây từ dạng chuyển dần sang dạng kia, trần mây nâng cao lên hay hạ tháp xuống Qúa trình chuyển đổi hình thái mây diễn có quy luật trình bày Vật lý mây giúp ta khả nhận biết phân tích sâu qúa trình thời tiết qua ảnh mây 91 Trong thực tế, nhận biết mây đơn giản tình chung đây, mà phức tạp, khí thường lúc có đối lưu lẫn bình lưu, làm cho mây dạng tầng dạng tích pha trộn vào hình thành loại mây thứ cấp chi tiết phức tạp hơn, phân biệt độ cao loại dạng mây khó 3.5.4 Nhận biết mây tầng cao Ci, Cs Cc Hình 3.22 Kết hợp loại ảnh nhận biết mây tầng cao Ci, Cs Cc [22, (2)] Mây ti Ci mây tầng Cs quan trắc thấy hầu hết hệ thống thời tiết khác Song theo kinh nghiệm thực tế dự báo khu vực nước ta mây cao Ci Cs hai loại mây đặc biệt có ý nghĩa phân tích dự báo front lạnh Chúng hình thành phần tầng đối lưu, khoảng 6-12km, nên thành phần chúng gồm hạt băng mà giọt nước Chúng kết chuyển động thẳng đứng vùng phía trước hệ thống thời tiết quy mô tương đối 92 lớn, front lạnh chẳng hạn Ci thường thời tiết tốt, kèm Cs báo hiệu thời tiết chuyển xấu, có front tràn (ở vĩ độ cao front nóng, ta lại front lạnh) Trên ảnh cận hồng ngoại ảnh hồng ngoại mây Ci Cs dày thường sáng mây tầng trung tầng thấp gồm hạt băng nhỏ, độ cao cao nên có nhiệt độ thấp lượng phát xạ lớn hơn.Mây Ci thường thấy bầu trời vệt dài, mỏng mảnh dải lụa hẹp ngang, hay lơ thơ sợi tóc, có xắp thành hàng, thưa thớt không phủ kín bầu trời Nó xuất front lạnh phía trước front lạnh xa nên thường dấu hiệu quan trọng để dự báo front lạnh tràn Mây Ci xuất khơng khí vượt qua núi cao khu vực có gió mạnh dòng siết cao Mây Cs xuất trước front lạnh Nếu xuất trước front lạnh thường xuất sau mây Cirrus Trong trường hợp xuất mây Ci mỏng, thường Cs lên đám mây Ci Trong trường hợp có mặt trăng mặt trời bầu trời mà lại có mây Cs thường xuất quầng sáng làm cho quan trắc viên dễ nhận từ trạm quan trắc mặt đất Dễ nhận biết có khơng khí lạnh về, phía trước dải mây Ci, dải mây Cs kèm phía sau theo chiều di chuyển front, mây Cs lại phất phơ dải mây Ci Thơng thường ảnh thị phổ khơng hồn tồn cho phép ta phân biệt mây tầng cao với mây tầng trung tầng thấp, trừ xử lý thật hoàn hảo, mà phải sử dụng ảnh hồng ngoại kết hợp với ảnh nước Trên hình 3.22 (a) ta phân biệt đâu mây Ci, Cc Cs, hình 3.22 (b) ta nhận chúng Mây Ci vệt sáng nằm phía mỏm Đồng văn khu đông bắc nước ta, kéo suốt đến Quảng đông Trung Quốc Đồng thời chúng thể vệt màu xanh vị trí tương ứng ảnh nước, hình 3.22(c) Còn nhận biết mây Cs lại khó khăn hơn, Cs mỏng khơng nhận biết ảnh thị phổ, mà ảnh hồng ngoại không phân biệt Cs hay As Hình 3.22 (a), vng thứ từ trái sang, hàng thứ ta biết mây dạng tầng khơng biết Cs hay As Phải sang ảnh 3.21 (b) rõ mây As, độ sáng tơng màu so với đám mây Cs ô thứ hàng Mây Cirrocumulus loại mây cao khó nhận biết Nó khác Ci chỗ khơng tạo thành vệt sáng dài mà "vẩy tê tê", nên đứng riêng lẻ nhận biết ảnh thị phổ hồng ngoại, đứng chung với mây khác ta cần ảnh IR ảnh nước để khẳng định, ta thấy hàng ảnh (a), (b) (c) hình 3.22 Những thí dụ hình 3.21 3.22, mây Ci, Cs Cc mỏng phát triển không cao nên ảnh nước chúng có tơng màu xanh (hay xanh pha màu vàng nâu) trừ vài vệt mây Ci có màu vàng nâu nâu chứng tỏ chúng độ cao tương đương với đỉnh mây đối lưu sâu 3.5.5 Nhận biết mây đối lưu vũ tích (Cb) Mây vũ tích Cb phát triển theo chiều thẳng đứng trình đối lưu diễn mãnh liệt, thường bắt đầu đám mây Cu cong Chúng thường xuất 93 hệ thống thời tiết front lạnh, xoáy thuận nhiệt đới bão, dải hội tụ nhiệt đới, rãnh thấp bị nén lưỡi áp cao áp cao Hình 3.23 Mây vũ tích ảnh thị phổ, hồng ngoại nước [22, (2)] Hình 3.24 Mây As,Ac ảnh thi phổ, hồng ngoại nước [22, (2)] 94 Tuy nhiên, thời tiết nóng ẩm vùng nhiệt đới thường quan sát ổ đối lưu riêng lẻ, diễn mau lẹ từ đám mây Cu cong, thường không kéo dài mây vũ tích có tính hệ thống Mây vũ tích phát triển lên độ cao 12-15km Khi cho mưa dội thường chân mây hạ thấp xuống 1-2km, có chân mây thấp vài trăm mét, tầng mây dày, mưa trút nước, từ bề mặt ta thấy bầu trời mây Ns Trên hình 3.23 ta dễ dàng nhận mây Cb loại ảnh, phát triển cao, nhiệt độ đỉnh mây thấp, nên có độ sáng chói loại ảnh thị phổ hồng ngoại; ảnh nước tăng cường màu có màu nâu thẫm (trên ảnh đen trắng đỉnh sáng trắng so với loại mây thấp hơn) Tuy nhiên đám mây trắng xoá ảnh thị phổ (a) Nam Trung nước ta có tơng màu đám mây Cb góc đơng nam ảnh, khơng có ảnh hồng ngoại nước ta dễ nhầm lẫn, thực chất sang ảnh hồng ngoại nước mây As tầng trung mà thơi Ngồi đám mây Ci góc tây bắc có gờ mà ảnh có màu nâu, thường đỉnh mây Cb 3.5.6 Nhận biết mây tầng trung Mây tầng trung mây Ac, As Sự diện mây Ac As chứng tỏ lớp tầng đối lưu khơng khí ẩm Tuy chúng mây có khả cho mưa, chí báo trước tượng mưa, phải nguồn gốc sinh chúng trình phát triển chúng chẩn đốn chúng cho mưa hay khơng Thường mây Ac hình thành tầng đối lưu khơng khí ẩm có đối lưu nhẹ, thời tiết đẹp, chúng không hạ thấp chân mây không dày lên Nếu mây Ac có nguồn gốc từ mây Cb, Cb từ xa vỡ ra, tạo Ac Cugent, phải suy nghĩ gần có Cb Còn mây As thường hệ thống thời tiết khắc nghiệt, mây Cb phát triển đến độ cao tối đa có thể, sau lan toả theo chiều ngang, mây As dày lên, chân mây hạ thấp xuống cho mưa đáng kể Các mây tầng trung nhận biết dễ dàng ảnh mây vệ tinh nhờ việc so sánh loại ảnh thị phổ hồng ngoại, chúng thường nằm liền kề với đỉnh mây dông hay mây Ci sáng chói đỉnh mây Cb mây tầng cao tông màu Nếu ta ảnh thị phổ bên trái hình 3.24 khó phân biệt mây As Cb, kết hợp với ảnh hồng ngoại dễ dàng nhận mảng mây As nằm phía bắc, mây Ac nằm góc đơng bắc hình 3.24 (a), (b) (c) Với ảnh nước, mây As thể màu xanh lam nhạt pha lẫn màu xanh phẳng lỳ, Ac khơng phẳng lì As, mà vân vân, gợn gợn, có khoảng trống chen kẽ búi mây 3.5.7 Nhận biết mây thấp Mây Cu dễ nhận biết nhất, thường hình thành đối lưu yếu địa phương, xa hệ thống mây thời tiết khắc nghiệt Nếu hợp hợp, tan tan với thời gian tồn từ phút đến trời đẹp Mây Stratus mây dạng tầng, nói, hình thành chuyển động bình lưu tầng thấp, khơng khí ấm 95 trườn nhẹ nhàng lên khu vực có khơng khí lạnh Qúa trình ngưng kết diễn từ từ, khu vực rộng, nên lớp mây St thường mỏng Chính thời tiết bình thường, thường hình thành vào buổi sáng sớm, địa hình thích hợp vùng núi, vùng biển, đến mặt trời lên cao mây St tan dần Trong trường hợp khu vực nằm hệ thống thời tiết khơng khí lạnh, mây St tồn dài Hình 3.25 Các mây tầng thấp loại ảnh [22, (2)] Còn mây Sc lại hình thành có loại chuyển chuyển động đối lưu bình lưu lớp khơng khí tương đối nơng bề mặt Vì mây Sc loại mây không ổn định Tuy nhiên giống St, khu vực nằm vùng hệ thống thời tiết khơng khí lạnh, Sc tồn dài Trong nhiều trường hợp nâng dần trần mây lên thành mây Ac (Ac trans) hệ thống bình lưu đối lưu yếu Trong 96 trường hợp hệ thống tăng cường mạnh dần lên, mây Sc dày lên bao phủ kín bầu trời Sau ta nhận biết mây tầng cao, mây đối lưu mây tầng trung dễ dàng đối chiếu loại mây ảnh mây để nhận biết mây tầng thấp Trên hình 3.25 ta thấy tồn đám mây có tơng màu thấp mây tầng thấp Những chỗ độ xám lỳ mịn mây St, chỗ khơng lỳ mịn cụm mây san sát vào Sc, cụm mây Cu rời rạc, thưa thớt, lại thường có tơng màu sáng trội mây Sc St Trong thực tế mây St sương mù khác độ cao chân mây nên khó phân biệt mây St sương mù, chí khơng phân biệt với bề mặt Trong nhiều trường hợp, bầu trời thường có mây hỗn hợp, nghĩa tồn lúc nhiều loại mây, việc nhận biết rành rọt loại mây khó khăn Khi ta cần phân biệt chung cho loại mây cao, mây trung, mây thấp mây vũ tích Cb đủ Khi cần quan sát kỹ ảnh thị phổ hồng ngoại để phân biệt loại mây theo độ cao: chỗ có độ sáng trắng tương đương với tông sáng Cb Cb mây tầng cao (Ci, Cs), đám mây có độ sáng trắng thấp (xám) mây tầng trung (As, Ac), thấp mây tầng thấp có tơng màu xám tối (so với biển có tơng màu đen hơn) Hình 3.26 Các loại mây nhận dạng theo ảnh VIS IR, ngày 20-1-2005 [22, (2)] 97 Khi ảnh thị phổ xử lý chưa tốt, ta vào ảnh thị phổ bị sai lầm, mây tầng trung tầng thấp dày có độ phản xạ lớn làm cho có màu sáng trắng gần ngang tơng màu với Cb ảnh thị phổ Những trường hợp buộc ta phải kết hợp xem xét với ảnh hồng ngoại nước Nhưng thân ảnh hồng ngoại lại có nhược điểm mây tầng thấp mỏng lại gần không ghi nhận, chúng xử lý chưa hoàn hảo Nhận xét thêm bên đám mây As phần đầu hình 3.25 ta nhận thấy có mây St thể mảng mây xen kẽ có tơng màu thấp hẳn tơng màu mây As Trong trường hợp ta có ảnh số thị phổ độ phân giải cao (độ sâu 10 hay 16 bits), xử lý tốt loại mây thể rõ ràng tông màu, đặc biệt gờ mép loại mây, ta nhận biết chúng cách dễ dàng ảnh thị phổ Ngay Trung tâm vệ tinh lớn nước chủ quản vệ tinh, xử lý ảnh ý, chí ý khơng thể nhận biết mây cách hồn tồn xác Vì người ta thường áp dụng tổ hợp kênh nói chương trước, làm bật loại mây mà nhà sy-nôp quan tâm, mây Ci, Cs, Cb, sương mù Hiện Trung tâm vệ tinh Châu Âu người ta xử lý ảnh mây chiều (như kiểu ảnh nổi), hay phân loại mây tự động, thuận lợi cho việc nhận biết phân tích thời tiết ảnh mây vệ tinh 3.5.8 Phân loại mây tự động Việc nhận biết loại mây trình bày đòi hỏi ta khơng phải có kiến thức sâu cấu trúc mây, phát sinh, phát triển mây, mà cần có hiểu biết sâu sắc hình thời tiết khu vực quan tâm Thêm vào người ta cần rèn luyện kỹ kinh nghiệm phân tích nhận biết loại mây cách xác Đó việc làm mang nhiều tính chủ quan, độ xác thiếu ổn định, nhiều thời gian, chí nhièu trường hợp khơng phân định loại dạng mây chi tiết, không đáp ứng yêu cầu dự báo thời tiết nghiệp vụ Để khắc phục hạn chế nói trên, số trung tâm tiến hành phân loại mây vệ tinh tự động, mang tính khách quan Một số cơng trình thực nghiệm NRL Monterey, sử dụng ảnh thị phổ hồng ngoại, tiến hành phân loại mây ảnh vệ tinh GOES-West GOES-East (Hoa kỳ) 15 loại: 1) Stratus (St), 2) Stratocumulus (Sc), 3) Cumulus (Cu), 4) Altocumulus (Ac), 5) Altostratus (As), 6) Cirrus (Ci), 7) Cirrocumulus (Cc), 8) Cirrostratus (Cs), 9) Cumulus Congestus (CuC), 10) Cs liên quan với đối lưu (CsAn), 11) Cumulonimbus (Cb), 12) Trời quang (Cl), 13) Tuyết (Sn), 14) Mù, khói, bụi (Hz), 15) Tia mặt trời loé sáng (Sg-Sunglint) Đồng thời 15 loại mây mô tả tổng quát loại: 1) Mây thấp, 2) Mây trung, 3) Mây cao, 4) Mây phát triển thẳng đứng, 5) Trời quang, 6) Tuyết, 7) Mù, 8) Tia mặt trời loé sáng Hiện vào ban ngày, NRL Monterey đưa ảnh gồm ảnh thị phổ, ảnh hồng ngoại, ảnh 15 loại mây ảnh loại mây Trên hình 3.26 thí dụ phân loại mây tự động cho kỳ quan trắc vệ tinh GOES-12, lúc 1415Z, 20/1/2005 (trích phần ảnh phía Đơng Hoa kỳ) Các tác giả cho biết phương pháp phân loại mây tự động có hạn chế sau: 98 1) Khi ô lưới (16x16km) tồn nhiều dạng mây phức hợp lấy loại Thí dụ mây cao nằm mây thấp phân loại mây trung mà mây cao mỏng 2) Những gờ cao (xống cao) trường mây cho ta tín hiệu hỗn hợp, dẫn đến nhận dạng sai cho mây phát triển thẳng đứng Thí dụ gờ cao mây Cs nhận dạng thành mây Cb 3) Mây Ci mỏng nhầm với cụm mây Cu nhỏ bé Những hạn chế nêu hạn chế cách nhận biết mây chủ quan mục nói 3.6 Phân biệt mây Stratus sương mù 3.6.1 Phân biệt sương mù mây Stratus dựa vào ảnh hồng ngoại liên tục Như ta biết sương mù, có loại hình thành ngun nhân bình lưu, có loại hình thành ngun nhân xạ, mặt nước bốc hơi, làm tăng độ ẩm khơng khí phía bề mặt, gặp khơng khí lạnh phía tạo thành sương mù Ngồi thung lũng dòng thăng giáng địa hình tạo thành sương mù Như có loại sương mù Dù hình thành theo ngun nhân nước bão hồ, gồm hạt nước nhỏ li ti Hình 3.27 Sương mù thung lũng sông Đà từ đêm 23/11/2004 [22, (8)] 99 Trên địa hình miền núi khó phân biệt sương mù mây thấp Stratus quan sát từ xa Nếu sương mù khơng có chân, hình thành sát mặt đất, mây Stratus chân mây có khoảng cách định so với bề mặt Tuy nhiên có trường hợp mây thấp di chuyển, sà xuống sát mặt đất; song diễn biến nhanh, quan sát liên tục phân biệt mây thấp sương mù Trên ảnh mây vệ tinh ta phân biệt sương mù mây Stratus theo cách sau: Hình 3.28 Sương mù thung lũng sông Đà kéo dài đến h 24/11/2004 [22, (8)] 1) Sương mù thường bám theo địa hình, sương mù vùng thung lũng, đường gờ sương mù điển hình khơng theo quy tắc; 2) Với ảnh mây liên thời gian ta nhận thấy sương mù khơng chuyển động, mây Stratus di chuyển Tuy nhiên với sương mù bình lưu di chuyển, theo hướng di chuyển khơng khí bình lưu, nên phân biệt được; 3) Về ban ngày sương mù ảnh thị phổ sáng, ảnh hồng ngoại 3,7ỡm (hoặc 3,9ỡm) tối, khả phản xạ lớn so với khả phát xạ (ở nhiệt độ ấm gần sát mặt đất) 100 Trên hình 3.27 3.28 thí dụ sương mù vào đêm 23/11/2004 kéo dài đến kỳ quan trắc sáng 24/11/2004, sang ảnh sương mù tan hồn tồn Căn vào ảnh hồng ngoại quan trắc liên tục ta thấy: - Chỗ có tơng màu sáng mây đối lưu bão số ổ đối lưu khu vực miền Trung, tơng màu xám có độ chói thấp mây tầng trung, tông màu mây mờ mây tầng thấp Tông màu sương mù thung lũng hình có tơng màu với mây thấp Như mây St nep sương mù - Nếu ta theo dõi liên tục ảnh mây một, ta thấy vị trí khơng thay đổi, nên ta cho sương mù thung lũng Hầu toàn khu vực Bắc trời quang mây, nên sương mù hình thành bốc dọc theo thung lũng sơng suối, có dáng vẻ địa hình sơng suối Quan trắc mặt đất, quan trắc viên cho St nep sương mù, tầm nhìn bị hạn chế 3.6.2 Nhận biết sương mù tổ hợp kênh Ta biết ban đêm kênh hồng ngoại sóng dài 11μm nhận lượng phát xạ đối tượng, kênh 3,7μm (hay 3,9μm) có khả phát xạ thấp diện mây nước mực thấp, kết nhiệt độ chói thấp hồng ngoại sóng dài chỗ khơng có mây nhiệt độ chói kênh khác nhỏ Gary Ellrod [22, (2)] khác giưa kênh hình 3.29 Tác giả thực tổ hợp kênh hồng ngoại sóng dài 11ỡm trừ cận hồng ngoại 3,9ỡm ảnh vệ tinh GOES-8 vùng New Mexico Kết chỗ có sương mù/Stratus rõ ảnh bên trái hình 3.30 (trái) Hình 3.29 Sự khác kênh 11 3,9μm [22, (2)] 101 Hình 3.30 Ảnh kênh 11ỡm hiệu giưa kênh 11 3,9ỡm [22, (2)] Những chỗ khơng mây có màu xám, mây Cirrus có màu đen, chỗ có sương mù/Stratus màu trắng nhẹ gờ mép vùng sương mù thể rõ Tuy nhiên để khẳng định sương mù khơng phải mây Stratus, cần vận dụng kiến thức trình bày phần Đồng thời vùng mây có chân mây cao mây Sc chí Ac, ta phải kiểm tra điều kiện sau: + Nếu sương mù mặt phẳng mịn, mây Sc/Ac mặt lốm đốm; + Sương mù sáng chói Sc/Ac, có độ dày; + Sương mù có gờ cạnh phân biệt (rõ nét hơn), mây cao thường có bóng đen kèm; + Sương mù kênh ấm hơn; + Sương mù di chuyển chậm theo thời gian Ngày người ta bổ sung độ dày mây hiệu nhiệt độ kênh liên quan đến độ dày mây cách xác định quan hệ hồi quy tuyến tính chênh lệch độ chói kênh độ dày mây Nói chung phương pháp tổ hợp kênh cho kết gần đúng, cần phân tích chủ quan nói 102 ... phía đơng sang phía tây mũi Cà Mâu 3.5 Nhận biết loại mây ảnh mây vệ tinh Nhận biết loại mây cụ thể ảnh mây vệ tinh quan trọng việc phân tích hệ thống thời tiết khống chế khu vực quan tâm, theo... gray shades ) Hình 3.2 Biểu diễn mức xám ảnh [12,22(2)] Khái niệm phân tích ảnh mây vệ tinh bao hàm ý nghĩa hai thuật ngữ: lý giải ảnh phân tích Lý giải ảnh định nghĩa trích xuất thơng tin định... giáng thuỷ phân tích, dự báo tượng thời tiết nguy hiểm Hình 3.19 Ảnh IR bão số 4, từ 17 24/11 đến 25/11/2004 [22, (8)] 3.5.1 Mây phân loại mây Để dễ dàng nhận biết loại mây ảnh mây vệ tinh ta cần