卫星气象学复习题

1、极轨卫星和静止卫星的观测特点是什么？优缺点。

（1）极轨卫星（太阳同步轨）1）优点有：①由于太阳同步轨道近似为圆形，轨道预告、接收和资料定位都很方便；②有利于资料的处理和使用；③太阳同步轨道卫星可以观测全球，尤其是可以观测两极地区；④在观测时有合适的照明，可以得到充足的太阳能。

2）缺点是：①可以取得全球资料，但观测间隔长，对某—地区，一颗卫星在红外波段取得两次资料；②观测次数少，不利于分析变化快，生命短的中小尺度天气系统。

③相邻两条轨道的资料不是同一时刻，这对资料的利用不利。

(2)静止卫星1）优点：①是卫星高度高，视野广阔，一个卫星可对南北70°S--70°N，东西140个经度，约占地球表面1／3约1.7亿平方公里进行观测；②是可以对某一固定区域进行连续观测，约半小时提供一张全景圆面图，特殊需要时，3—5分钟对某小区域进行一次观测；③是可以连续监视天气云系的演变，特别是生命短，变化快的中小尺度天气系统。

如果把间隔为5分钟的图片连接成电影环，可以连续观察天气云系的演变。

2）不足是：①它不能观测南北极区。

②由于其离地球很远，若要得到清楚的图片，对仪器的要求很高。

③卫星轨道有限。

2、什么是可见光云图？有什么特征？可见光云图是卫星扫描辐射仪在可见光谱段测量来自地面和云面反射的太阳辐射，如果将卫星接收到的地面目标物反射的太阳辐射转换为图像，卫星接收到的辐射越大就用越白的色调表示，而接收到的辐射越小则用越暗的色调表示，就可得到可见光云图。

特点：1、反照率对色调的影响，在一定的太阳高度角下，反照率越大色调越白，反照率越小，色调越暗（1）水面反照率最小，厚的积雨云最大（2）积雪与云的反照率相近，仅从可见光云图上色调难以区分（3）薄卷云与晴天积云，沙地的反照率项接近难以区分2、太阳高度角对色调的影响，太阳高度角决定了观测地面照明条件，太阳高度角越大光照条件越好，卫星接收到的反射太阳辐射也越大，否则越小3、什么是红外云图？有何特征？(1). 卫星在红外波段选用的通道有：3．55—3．93微米和10.5—12.5微米。

把3.55—3.93微米通道云图称短波红外云图，而把10.5—12.5微米通道云图称长波红外云图。

被测物体温度越高，卫星接收的辐射越大，温度越低，辐射越小。

将这种辐射转换成图象，辐射大温度高用黑色表示，辐射小温度低用白色表示。

即为一张黑白色红外云图。

红外云图是一张物体的亮度温度分布图，而不是实际的温度分布图。

(2). 红外云图的特点①红外（IR）图象表示辐射面的温度。

在黑白图象中，暗色调代表暖区，亮色调代表冷区。

云由于其温度比较低而通常显得比地表白。

在这一点上，红外（IR）图象与可见光（VIS）图象有些相似，但在其他方面，两种图象之间存在重要的差异。

②云顶温度随高度递减，在红外（IR）图象中，不同高度上的云之间存在鲜明的对照。

③陆表和洋面之间有强烈温度反差的地方，海岸线在红外（IR）图象上清晰可见，白天，陆地可比海洋显得更暗（更暖），但在夜间，陆地可比海洋显得更亮（更冷）。

当陆表和洋面的温度相同时，从红外（IR）图象上，将识别不出海岸线。

陆地和海洋之间的温度反差在夏季和冬季最大，在春季和秋季最小。

④在红外（IR）图象上卷云清晰可见，尤其是当它位于比它暖得多的地面之上时。

可提供有关云纹理结构的信息。

⑤红外（IR）资料可以定量应用，根据观测到的云温来估算相应的云顶高度。

增强处理多采用红外云图。

4、什么是水汽图像？有何特征？(1) 红外波段5．7—7．3微米是水汽强吸收带，中心波长约为6．7微米。

卫星在这一吸收带测得的辐射主要是大气中水汽发出的。

将卫星在这一波段测得的辐射转换成图象就得到水汽图，通常在水汽图上色调愈白，表示水汽越多，色调越黑，水汽越少。

(2)水汽（WV）图象的基本特征：①水汽（WV）图象是从波长为6～7μm附近的辐射得到的。

这里不是大气窗区，而是以水汽为主要吸收气体的一个谱区；其中含有一个。

②中心位于6．7μm水汽的强吸收带。

在强吸收带中，到达卫星的辐射主要来自对流层上部，吸收越强，最终到达卫星的辐射，其发射层越高。

③当相对湿度减少时，卫星吸收到辐射量的主要贡献层较低。

是对流层中部更低的层。

④同普通的红外（IR）图象一样，水汽（WV）图象通常是将发射的辐射转换成温度来显示的。

水汽（WV）图象上对流层上部越湿，色调越亮，对流层上部越干，色调越亮暗。

由于温度随高度递减，对流层上部高湿度区显得冷（亮）而低湿度区显得暖（暗）。

即对流层上部是干燥的，到达卫星的辐射来自大气中较低的层次。

那里比较暖，在图象上显得较暗。

5、红外云图上海陆色调有什么变化？在冬季中高纬地区，海面温度高于陆面温度，因此海面的色调比陆面的要暗，但是到夏季，陆面温度要高于海面温度，特别是在我国北方沿海地区，春末夏初白天陆地增温快，如山东半岛地区就表现为较暗的色调。

如果陆地与水面的温度相近，则他们的色调相近，水陆界限也不清楚。

在白天的陆地上，干燥地表的温度变化大，其色调变化也大；潮湿或有植被覆盖的地区，温度变化较干燥的地区小，故其色调变化也小。

6、卫星云图上识别云的主要依据是什么？在卫星云图上识别云，一般是根据云的六个基本特征来判别，这六个特征是结构型式、范围大小、边界形状、色调、暗影和纹理。

(一)、结构型式：在卫星云图上的结构型式是指由于光的不同强弱的反射所形成不同明暗程度物象点的分布式样，可以是有组织的，或是散乱的，即表现为一定的结构型式。

有带状、涡旋状、细胞状和线状等，由云的分布型式能识别云的种类和了解形成云的物理过程。

(二)、范围大小：在卫星云图上云的种类不同，其表现的范围也不同。

(三)、边界形状：卫星云图上的云系都具有一定的边界形状。

要区别云图上的物象是云还是地表，或者识别云的种类，边界形状是重要依据。

(四)、色调（亮度）：色调也称亮度或灰度，它指的是卫星云图上物象的明暗程度不同通道云图上色调代表的意义也不同。

在可见光云图上的色调与反照率、太阳高度角有关。

对云而言，色调与云的厚度、云中粒子性质和云面光滑程度有关，一般说来，云的色调随云的厚度加大而变白，在云厚和照明条件相同的情况下大水滴的云要比冰区白，大而厚的积雨云最白；水面的色调决定于水面的光滑程度、含盐量、混浊度和水层的深浅，一般说来，光滑的水面表现为黑色，水愈混浊和水层愈浅，其色调愈浅。

在红外云图上，物象色调决定于其本身温度，并随物象温度变低而变白。

(五)、暗影：暗影是指在可见光图像上，在一定太阳高度角之下，高的目标物在低的目标物上的投影，所以暗影都出现在目标物的背光一侧。

暗影可以出现在云区里面或云区边界上，表现为一些细的暗线和斑点。

(六)、纹理：纹理是用来表示云顶表面光滑程度的一个判据。

云的种类不一、或云的厚度不一，使得云顶表面很光滑或呈现多起伏的斑点和皱纹，或者表现为纤维状。

7、卫星云图上卷状云、层状云、积状云的基本特征是什么？（1）卷云的一般特点卷云的高度最高，由冰晶组成，具有透明性，反照率低，在可见光图像上呈现淡灰色到白色不等，有时还可透过卷云看到地面目标物。

由于卷云的温度比其它云都要低，在红外图像上表现为白色，与地表、中低云间形成明显的反差，因而卷云在红外图像上表现最清楚，最容易辨认。

在水汽图像上卷云是白亮的。

（2）层状云：在可见光云图上，表现为一片光滑均匀的云区，尺度范围大。

在可见光云图上，色调从灰色到白色，且边界光滑整齐清楚，受地表影响较大。

（3）积状云表现为云带、云线和细胞状结构，纹理为多皱纹、多起伏和不均匀。

边界不整齐不光滑，在可见光云图上是白色。

8、可见光和红外云图上地表特征如何识别？可见光云图上，地表的色调主要取决于反照率而反照率又与土壤湿度、粗糙度、土壤类型及粒子大小和覆盖于地表上的植被等有关，地表的色调还随季节而变。

另外，一般情况下，陆地表面呈现淡灰到深灰。

红外云图上，陆面的色调决定于地表的温度分布，地表温度越高，色调越暗，否则越浅。

一般而言，目标物间的温度差异越大，目标物边界处的温度梯度越陡，则越容易区别它们。

另外，陆面的色调也随纬度、季节和昼夜变化。

9、卫星云图上能识别出哪些天气尺度的云系？○1带状云系：是一条大体上连续、具有明显的长轴且其长宽之比至少为4：l的云系。

○2涡旋云系：是一条或多条不同云量和云类的螺旋云带朝着一个公共中心辐合形成的，与大尺度涡旋相联系。

大尺度涡旋的水平范围为600～1500公里。

○3逗点云系：形如逗号的云系。

它形成和发展的原因是大气的非均匀旋转，使云块变形造成的。

○4斜压叶状云系：气象卫星图像上，与高空西风急流中的锋生相联系的一种植物叶片状云型，通常情况下，该云系在垂直方向深厚，地面伴有锋生现象，并且还可能有地面气旋形成。

○5变形场云系：○6细胞状云系：卫星图像上的形似细胞状的云称作细胞状云系。

其直径为40～80km，是由于冷空气受到下垫面加热，在水汽较充分的条件下形成的，10、各种云系与天气系统有何关系？○1带状云系：急流、锋面、赤道辐合带都表现为带状云系；○2涡旋云系：台风和气旋（锋面气旋的后期变为涡旋云系）；○3逗点云系：高空槽前逗点云系，锋面气旋的初期，高空槽正涡度平流，高空急流；○4斜压叶状云系：西风带中的锋生区和气旋生成有关；○5变形场云系：高空急流、锋面、高空槽线、正涡度平流；○6细胞状云系：对流活动强、急流轴。

11、温带气旋云型分几个阶段各有何特征？○1波动阶段：锋面云带变宽，云区向冷空气团突起，出现暖锋锋生，云区的色调变白，中高云增多，顶部卷云表现为反气旋弯曲，云区没有涡旋结构，但在卫星云图上已可确定其发生；○2发展阶段：锋面云带向冷区凸起部分越来越明显，凸起的中高云区后部边界开始向云区内部凹进，干舌开始形成，凹的地方出现一些不连续的断裂云系；○3锢囚阶段：气旋后部的干舌越来越明显，冷锋云带显著加大，出现明显的螺旋结构，锢囚云带伸到气旋中心，在冷锋后的冷气团内出现一条条围绕气旋的弯曲云线；○4成熟阶段：螺旋云系最典型，云带可以绕气旋中心旋转一周以上，干舌伸至气旋中心，表明水汽供应已被切断，涡旋云系中心于地面到500hpa高低空的低压中心相重合，表明气旋不再继续；○5消散阶段：螺旋云带断裂，云系不完整，云区内中高云甚少，以中低云为主，云区出现无云区，冷锋云带与螺旋云带分开。

12、冷暖锋云系的主要特征是什么？（1）冷锋云系：与温带气旋连接的冷锋云带，一般长1000km左右，宽200～300km，并且距涡旋中心越远云带愈窄；云带的气旋性曲率明显。

可见光图像上，云带的色调比较均匀，内部嵌有一些对流性亮区。

冬季在较高的纬度地区，太阳高度角较低，冷锋云带的云顶高度不均匀性会造成云带中多纹理结构。

（2）暖锋云系：卫星图像上识别暖锋比冷锋困难，因为暖锋只是温带气旋初生阶段才比较清楚，同时暖锋的云区和云型多种多样。