卫星气象学第四章 卫星云图资料的接收和处理
《卫星气象》学习资料：Ch4_卫星观测及其资料的接收和预处理
3)卫星斜视时的地面分辨率
l R
sin sin
S
l2 h2
S '
bo.qian@,Dept. of Atmos. Sounding, Nanjing Univ.of Info. Sci.& Tech. (NUIST)
2、灰度分辨率或温度分辨率
在红外云图或可见光云图上，如果相邻两个邻接瞬时 视场的反照率或温度相同，其色调也相同，这就会无法区 分它们。但是是当这两个瞬时视场内目标物的温度或反照 率有差异，并达到一定数值时，这两个视场就能被分辨， 这个能被分辨的最小温度差或反照率差值称为灰度分辨率 或温度分辨率。
5、探测度D和探测灵敏度D
探测度表示每瓦辐射功率所能获得的均方根信号噪声 电压比，它是NEP的倒数。
D 1 NEP
探测灵敏度表示单位面积为1cm2，带1宽为1GHZ时的探
测度，即
D
D(Ad f
1
)2
Vs ( Ad f Vn EAd
)2
bo.qian@,Dept. of Atmos. Sounding, Nanjing Univ.of Info. Sci.& Tech. (NUIST)
垂直轨道方向
卫星轨道方向
(b) (a)
(c)
(C)线性阵列探测器前推式扫描
(d)
(d)圆锥扫描
bo.qian@,Dept. of Atmos. Sounding, Nanjing Univ.of Info. Sci.& Tech. (NUIST)
二、卫星仪器的技术参数
1、响应度和光谱响应函数 响应度：是指每单位输入功率的探测器的输出大小， 即为输出信号电压与入射功率之比。
2、信噪比 信号与噪声之比，定义为
卫星气象学实习报告-卫星资料处理及显示
姓学院专1.实习目的1)云图数据读入并绘图2)设计云图增强层次。
自定义色标；RGB配特定颜色3)对云图进行多种增强处理，并对比增强前后的差异2.实习方案1）准备工作。
把文件夹satellite-practise中的如下文件拷贝到“Matlab\work\”目录。
以上文件说明如下：satellite_data.mat % 卫星数据以matlab mat格式存放数组形式colormap_user_define.m % 用户自定义的色标子程序practise .m %本次实习要使用的主程序bt.txt %卫星数据中的亮度温度数据longitude.txt %卫星数据中与bt.txt所对应的经纬度位置数据latitude.txt %卫星数据中与bt.txt所对应的经纬度位置数据2）启动matlab 和实习主程序。
点击“打开”则看到主程序。
程序解读: 见程序注释。
3）读入卫星数据并绘图。
读入卫星数据可以使用以下两种方法之一来实现。
（1）方法一: 使用fopen和fscanf等函数读入“.txt”文件中的数据。
（2）方法二：使用load语句读入“.MA T”文件中的数据。
4）增强处理与效果比较程序中可修改的程序段:（1）用自动色标时的语句为set(gca,'CLim',[200 300]); %色标的范围可以改变[200 300], 但为了对比, 程序中前后三段要一致。
（2）自定义色标时的语句为:levels=200:10:300; % every 10 K one color;可调整其中的数字“10”。
“10”表示在亮温度[200 300]区间内每10 K改变一种颜色。
（3）用RGB配色时: 把图像像素值除以像素值最大值255得到归一化图像，故各种颜色只能在0-1内变化。
RGB配色规则举例如下：1 0 0 表示红色0 1 0 表示绿色0 0 1 表示蓝色1 1 1 表示白色0 0 0 表示黑色0.5 0.5 0.5 表示灰色下面是一个RGB调色表：[ 0 0 0.60 0 1.00000 1.0000 1.00000 0.6 00 1.0000 01.0000 1.0000 01.0000 0.6000 00.8000 0.4000 01.0000 0 00.6000 0 00.6000 0 0.60001.0000 0 1.0000 ]其中每种颜色均可调(包括不同程度的灰色)。
兰州大学《卫星气象学》第4章-美国气象卫星观测系统-5-NOAA
《卫星气象学》电子课件（第一版）
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小结
1966年美国第1代业务气象卫星系统“艾萨”投入业务运行服务，提供了 由光导照相系统获得的全球云图。 自1966年至1978年，前后经过二十年的发展，历经“艾萨”、“诺 阿”(NOAA，又称改进型泰罗斯) 和“泰罗斯-N/诺阿” (TIROS-N/NOAA) 三代的更新，实现了昼夜云图的业务化，使气象卫星具有连续监视天气系 统生命史的能力，实现了卫星资料以高分辨率图像传输(HRPT)方式传给 用户，使卫星应用从定性走向定量。 自NOAA-6之后，该系列及其改进型卫星一直延续到今天。其第5代业务 极轨气象卫星NOAA-K、L、M、N、N’系列的第一颗——NOAA-K于 1998年5月发射(发射后称NOAA-15)。 1994年5月美国决定将现有NOAA民用极轨气象卫星和“国防气象卫 星”(DMSP)合并为“国家极轨环境卫星系统”(NPOESS)，以节省经费。 2003年开始，美国和欧盟达成协议，共同运行极轨气象卫星系统。美国提 供下午轨道的卫星，而欧盟提供上午轨道的卫星，美国NOAA-N气象卫星 (2003年发射，下午轨道)和欧盟的METOP-1气象卫星(2002年发射，上午 9∶30轨道)成对运行，这样每隔4小时就有1条卫星轨道，可获取时间均匀 分布的观测资料。
NOAA-12(NOAA-D) NOAA-13(NOAA-I) NOAA-14(NOAA-J) NOAA-15(NOAA-K) NOAA-16(NOAA-L)
NOAA-17(NOAA-M) NOAA-18(NOAA-N)
1991.5.14 19ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ3.8.9 1994.12.30 1998.3.13 2000.9.21
《卫星气象学》电子课件（第一版）
卫星气象学课程
物理学院
通选课领域
是否属于艺术与美育
否
平台课性质
平台课类型
授课语言
中文
教材
自编讲义；
应用卫星气象学,蒋尚城,北京大学出版社,2006,卫星气象学,陈渭民,气象出版社,2003,
参考书
教学大纲
本课程全面、系统地介绍卫星气象学的基础知识，将使学生熟悉先进的卫星遥感技术，以及卫星资料在大气科学、海洋科学、自然灾害监测和预测以及农业生产等上的应用。
英文简介
With the development of satellite technology, meteorological satellites play a very important role in weather forecasting, environmental monitoring and disaster prediction. Atmospheric science majors at home and abroad have basically set up "satellite meteorology" courses. In this course, I have been collected and managed a large number of multimedia teaching materials. The basics of satellite meteorology and satellite data applications on atmospheric, marine sciences, natural disaster monitoring and agricultural production are comprehensively and systematically introduced. I have also taken full advantage of the rapid development of internet technology and established a Web-based network library of multimedia teaching in the satellite meteorology, and provided online education and training. The most of the contents are taken directly from foreign books and multimedia resources. The related electronic documents and the online resources are available to students after class.
卫星气象学PPT课件
第一 章 卫星气象学发展现状 §1气象卫星的发展与当今时代特征
一、卫星技术的发展 1、 二十世纪五十年代后期，空间技术迅速发展，出现了人 造卫星。人造卫星是进行科学研究的重要工具。 2、携带各种气象观测仪器的人造卫星，用于测量大气温度、 湿度、风、云和辐射等气象要素以及各种天气现象，以研究气象为 目的的卫星称做气象卫星。 3、1960年4月1日，美国第一颗气象试验卫星泰罗斯—1号发 射成功，开创了人造卫星应用于气象探测的新纪元，四十多年来， 在探测理论和技术、灾害性天气监视、天气分析预报等方面发挥了 重要作用，促进大气科学发展，形成了卫星气象学。 4、当今已形成宇宙空间时代—Satellite 卫星、宇宙探险； 5、高科技计算机时代—Computer 计算机； 6、信息时代—Internet 国际互联网。
FY-2C卫星2004年10月29日北京时间11时至11时25分， 获取的第一幅可见光图像。
FY-2D卫星2006年12月8日08时53分发射升空。 FY-2 第02批为FY-4，是中国未来新一代静止气象卫 星系列。计划于2010年之后试验应用。 2009年11月23日风云-2E星接替C星观测试运行，12月 23日8时起，正式投入业务运行。
卫星气象学（卫星云图分析） 1、气象卫星发展现状 2、气象卫星轨道和运动规律 3、气象卫星遥感观测的基本原理 4、气象卫星观测仪器、资料获取和处理应用 5、气象卫星图像的分析基础 6、中纬度天气系统的卫星云图分析 7、热带低纬度天气系统的卫星云图特征 8、气象卫星观测资料天气分析预报中的应用
第一章 卫星气象学发展现状 §1 气象卫星的发展与当今时代特征 §2 气象卫星遥感的意义和内容 §3 卫星资料在大气科学中的作用 §4 各国气象卫星的发展和资料应用
卫星气象—卫星云图相关知识资料
我国气象卫星有极轨和静止两 个系列，是世界上少数几个同时拥 有极轨和静止气象卫星的国家之一 ，是世界气象组织对地观测卫星业 务监测网的重要成员。
2
气象卫星的分类
按照卫星的轨道倾角可以将卫星轨道分为： 赤极地轨道气象卫星是指太阳同步极地轨道 气象卫星，卫星的轨道平面与太阳始终保持 固定的取向。
积雨云地面图
积雨云卫星云图
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几种云的简单识别——积云、浓积云
积云、浓积云无论在可见光云图还是在红外云图上， 表现为多斑点、皱纹，为不均匀的纹理；边界不整 齐不光滑；在可见光云图上呈白色，在红外云图上 由于积云浓积云的高度参差不齐，云顶温度有差异， 色调也不一致。
积云
浓积云
积云、浓积云 卫星云图
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8
云图的种类：
可见光云图
可见光云图是卫星接受地面和云区反射的太 阳辐射转化而得到的图像。
可 见 光 圆 盘 图
可见光云图
9
云图的种类：
红外云图
卫星接受云区和地面本身的红外辐射总量， 用图像表示出来，即为红外云图。
红外云图
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云图的种类：
水汽云图 卫星接收以6.7微米为中心的水汽强吸收带发出
的辐射，用图像表示出来，即为水汽云图。
水汽云图
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电视节目中通常使用的云图,就是红外云图通 过计算机处理,编辑而成的假彩色动态图片。
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风云二号气象卫星25日14时至19时发布的云图
一组假彩色动态图片
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如何看懂一幅卫星云图？
在黑白红外卫星 云图照片中，我们 看到有些地方呈白 色，有些地方呈黑 色，而另一些地方 却呈灰色等等。那 么这些颜色都有些 什么含义呢?
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如何看懂一幅卫星云图？
兰州大学《卫星气象学》第4章美国气象卫星观测系统1ATrainPPT课件
《卫星气象学》电子课件（第一版）
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CloudSat卫星简介
CloudSat卫星作为卫星集群的一员于2006年4月28日发射成功。 CloudSat卫星的主要仪器由美国航空航天局喷气动力实验室和
加拿大航天局共同研制，美国鲍尔航天技术公司负责卫星主体 的建造、测试和组装，并执行CloudSat卫星的发射和最初的入 轨测试。
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CALIPSO卫星简介
美国NASA在1998年与法国国家航天中 心(CNES)合作开始实施“云-气溶胶激光 雷达和红外探测者卫星观测”(CloudAerosols Lidar and Infrared Pathfinder Statellite Observations, CALIPSO)计划。
相互时间间隔最短为15秒，最长为15分钟，最后一颗星 与第一颗星的飞行间隔相差不到23分钟，并且卫星每15 分钟进行一次位置协调。A-Train卫星编队围绕地球旋转， 大约8秒内5颗卫星可以飞过同一检测地点。
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Aqua卫星简介
2002年5月4日当地时间早晨2时55分，美国地球观测系统 下午星系列第一颗卫星Aqua卫星在美国加里弗尼亚州万 德伯哥空军基地发射成功。 Aqua卫星取名于拉丁文，其 意思是“水”。
4
4.1 A-Train卫星编队
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极轨卫星与静止卫星
目前的气象卫星主要有极轨气象卫星和静止气象 卫星两大类。
极轨卫星：飞行高度约为600-1500km，空间分辨 率高，每天在固定时间内经过同一地区2次，每隔 12小时可获得一份全球气象资料；时间分辨率较 低，重复观测时间间隔长达16天。
卫星气象学课件：第四章 卫星资料的接收
卫星轨道报
TLE(Two-Line Orbital Element)轨道报(下载:/)
FENGYUN 3B
1 37214U 10059A 12111.82175232 .00000038 00000-0 38840-4 0 6050 北美防空司令部(NORAD)给的卫星编号37214，保密级别U（非保密的），
10年国际编号第59次发射，A为第一颗卫星（如有多颗用B、C等表示）， 本组轨道数据时间2012年第111.83175232日，平均运动的一阶时间导数， 平均运动的二阶时时间导数（计算每一天平均运动的变化带来的轨道漂移， 提供给轨道计算软件预测卫星的位置），BSTAR拖调制系数（计算大气阻 力），0表示美国空军空间指挥中心以外公开使用，第605组TLE报文，0 为校验和（校验和是指这一行的所有非数字字符，按照“字母、空格、句 点、正号= 0；负号=1”的规则换算成0和1后，将这一行中原来的全部数字 加起来，以10为模计算后所得的和，校验和可以检查出90%的数据存储或 传送错误。）
位置上，地面接收天线以固定的方位角和仰角 指向卫星。
描述卫星位置的基本参数
卫星轨道报
气象卫星轨道的计算是依据APT每日预告报 （卫星轨道报），其通过世界气象网与常规气 象资料一起发放。
卫星轨道报
轨道报的分类： 1. TBUS：一些应用较广的气象卫星发布TBUS轨道报，
如美国的NOAA系列、中国的FY-1系列。这种轨道 报预报的卫星参数较多，且精度较高，称为精轨根 数。 2. TLE：美国在2000年跟踪7500个左右的人造天体， 包括人造卫星及火箭碎片等，发布近千颗卫星的轨 道报，采用两行元素轨道报，覆盖了气象卫星、海 洋卫星、地球资源卫星、教育卫星等各类应用卫星。 两行元素轨道报预报的卫星轨道参数较少，精度没 有TBUS轨道报高，称为粗轨根数，但对一般的中 小型地面站来说，精度是足够了。
4卫星气象学第四章云图识别
• 识别云的判据 • 结构形式 范围大小 • 色调 暗影
边界形状 纹理
• • • • • • • • •
一、结构形式 在云图上，所谓结构型式是指目标物对光 的不同强弱的反射或其辐射的发射所形成的不 同明暗程度物像点的分布式样，这些物像点的 分布可以是有组织的，也可以是散乱的，即表 现为一定的结构型式。 卫星云图上云的结构型式有 带状、涡旋状、团状(块)、 细胞状、波状等。
• • •• • • • • • • •
③边界和暗影：与急流相联的卷云，左界整 齐光滑，在可见光云图上时常有暗影出现； ④纹理：卷层云云区均匀而光滑，只有在其 边界处出现一些短的纤维状卷云。 A-B是一条位于青藏高原 东侧以卷层云为主的云 带，其左界整齐，表明它 与高空急流相关，云系较 为均匀光滑，在它的东北 侧，卷云云层变薄，表现 出纤维状的结构。
• • • • • • • • •
三、边界形状 根据不同的边界可以判别各类物像。 云的边界形状：直线、圆形、扇形，呈气旋 性/反气旋性弯曲、整齐和不整齐。 层云和雾的边界—整齐光滑， 积云和浓积云的边界—很不整齐。 云的边界还是判断天气系统的重要依据。 如急流云系的左界整齐光滑，冷锋云带呈气旋 性弯曲等。
台 风
台 风 眼
东 北 锢 囚 气 旋
华 北 冷 涡
• • • • • • • • • •
四、色调 色调（亮度或灰度）：指卫星云图上物像 的明暗程度。 不同通道图像上的色调代表的意义不同。 可见光云图上的色调与物像的反照率、太阳高 度角有关。 云的色调与它的厚度、成分(水滴或冰粒 子性质)和表面的光滑程度有关。厚度越厚， 反照率越大，色调越白，大而厚的积雨云的色 调最白，由云的色调可以推算云的厚度。
• • • • • • •
气象卫星云图图像处理技术研究
气象卫星云图图像处理技术研究气象卫星云图是指通过接收卫星遥感数据，获取地球大气层中云、降雨等气象信息的一种图像或图像序列，是现代气象学中不可或缺的重要技术。
它可以提供丰富、全面的天气信息，对于气象预报、预警、应急响应、农业、水利等行业的工作都起到了非常重要的作用。
而在气象卫星云图的制作过程中，图像处理技术是关键。
目前，气象卫星云图图像处理技术主要包括以下方面：一、云图分析云图分析是对云图图像进行解读、判识的过程。
根据卫星图像，识别大气层中的云层和降水等信息，可以确定天气现象的类型、位置、范围、强度等气象参数。
同时，云图分析还可解决热力学、动力学等问题，帮助提高天气预报的准确性和可靠性。
二、云图拼接云图拼接是将多张云图进行合并，形成一张更为全面的云图。
云图拼接技术可以有效提高云图的分辨率和覆盖范围，使得观察者能够清晰地看到大气层中各种天气现象的时空分布规律。
三、云图增强云图增强是对云图图像进行图像处理，以增强图像的质量和有效性。
云图增强常用的方法包括：增强对比度，调整色调，滤波器增强等。
这些处理手段可以帮助气象人员更好地理解和识别云图信息，提高预报准确率。
四、云图识别云图识别是通过计算机分析云图图像，自动识别不同类型的云或降水，以便处理更大、更复杂的气象数据。
云图识别涉及到的语义内容比较复杂，但具有广泛的应用前景。
例如，可以将它用于航空、航海、交通等行业，提供更为精准的天气预报信息，帮助减少交通事故。
五、云图发布云图发布是将处理后的云图信息发送到相关机构或群众，传递有关天气信息的过程。
根据实时数据或预报数据，通过电视、广播、手机APP等多种渠道向公众发布，提供实时、准确、可靠的气象信息，帮助公众做好预测、防范和应对工作。
值得注意的是，在气象卫星云图图像处理技术中，受到计算机技术的进步，图像处理算法也愈发复杂，但相比卫星数据采集、传输以及气象学等领域的专业知识，算法研究相对容易。
但气象卫星云图应用技术的发展，必然需要全面、持续的研究。
卫星气象学课件：第四章 卫星观测仪器和观测要素及分辨率
图别
甚高分辨率云图（美）
泰罗斯－N云图（美）
流星云图（前苏联）
葵花云图（日本，全景）
葵花云图（日本，区域）
风云二号B云图（中国）
可见光
3.2 km 0.85 km
4 km 1.25 km
2.5 km 4 km
1.25 km
红外
7.2 km 0.85 km
4 km 15 km
5 km 7 km 5 km
3、时间分辨率：
指卫星对同一地区观测的时间间隔。如极轨卫星每12 小时对全球观测一次，静止卫星则每半小时对某一固定区 域进行一次观测。
4、几种分辨率之间的关系（相互制约）：
1）低的空间分辨率（较大瞬时视场）可以有较好的灰度 分辨率或温度分辨率和时间分辨率；
2）当仪器的瞬时视场和灵敏度一定时，温度分辨率和仪 器的扫描速度有关，扫描速度慢，对目标物的停留时间较 长，则能接收更多的辐射能，从而具有较高的温度分辨率。 反之，则温度分辨率降低。
辐射信息 收集转递 系统
辐射能收 集的光学 系统，包 括：光栅 ，聚焦装 置等
辐射/光 电转换系 统
感应辐射 能，并将 辐射能转 换为电信 号。分量 子、热探 测器两种
电信号处 理和发送 系统
对探测 器信号 进行放 大、模 /数转 换等处 理
将处理 好的信 号发送 给天线 或记录 到存储 设备中
第一节 卫星观测仪器
第四章 卫星观测仪器和观测要素及分辨率
一、卫星观测仪器 二、卫星云图的图像表示和增强处理
掌握重点：卫星观测的空间分辨率、灰度（或 温度）分辨率和时间分辨率的概念及其相互关 系、卫星云图的增强处理方式
卫星观测仪器
扫描仪 光学系统 探测器
兰州大学《卫星气象学》第4章-美国气象卫星观测系统-2-Aqua
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MODIS的技术指标
项目
Orbit(轨道) Scan Rate(扫描频率) Swath(测绘带宽) Telescope(望远镜)
指标
705km，降轨上午10:30过境(Terra)，升轨下午 1:30过境(Aqua)，太阳同步，近极地圆轨道 20.3 rpm，与轨道垂直 2330km(cross track)×10km(along track) 直径17.78cm
整个大气柱中水汽含量的全球探测
《卫星气象学》电子课件（第一版）
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44种产品：按照4个专题 （2/4：陆地）
陆地产品 MOD 09 MOD 11 MOD 12 MOD 13 MOD 14 MOD 15 MOD 16 MOD 17 MOD 43 MOD 44 增补-1 /dataproducts.asp； / Surface Reflectance Land Surface Temperature & Emissivity Land Cover/Land Cover Change Gridded Vegetation Indices Thermail Anomalies, Fires & Biomass Burning Leaf Area Index & FPAR Evapotranspiration Net Photosynthesis and Primary Productivity Surface Reflectance BRDF Vegetation Cover Conversion 地表反射 陆地表层温度与发射 土地覆盖/土地覆盖变化 栅格化植被指数 热异常、火、生物燃烧 叶面积指数、光合活性分量 蒸腾与蒸散 净光合与初级生产力 地面二向性反射 植被覆盖转化 土壤、森林、草地百分比
卫星气象云图知识点总结
卫星气象云图知识点总结一、卫星气象云图的概念卫星气象云图是从高空观测卫星上获取的气象云图资料。
它利用卫星的观测数据，可获得全球范围内的天气、云量、降水情况等气象信息，对气象预报、天气监测等方面具有重要的应用价值。
二、卫星气象云图的主要类型1. 可见光云图：可见光云图是利用卫星传感器所获得的可见光信号，再经过处理获得的云图。
它主要用于观测白天云系的情况，以及观测地表的地貌信息。
2. 红外线云图：红外线云图是通过卫星传感器感知地球表面发出的红外辐射，再通过图像处理获得的云图。
它主要用于观测夜间和阴天的云系情况，以及观测地表温度分布。
3. 雷达云图：雷达云图是利用雷达信号对云层进行探测，再通过图像处理获得的云图。
它主要用于观测气象云层的结构和动态变化情况。
三、卫星气象云图的应用1. 气象预报：卫星气象云图可以观测全球范围内的云量、降水情况等气象信息，对于制定气象预报具有重要的参考价值。
2. 天气监测：卫星气象云图可以实时监测全球范围内的天气变化情况，及时掌握天气动态，对于航空、海运等行业的天气监测具有重要的作用。
3. 灾害监测：卫星气象云图可以对气象灾害（如台风、暴雨、干旱等）进行监测和预警，提高对灾害的预防和应对能力。
4. 气候研究：卫星气象云图可用于气候研究，观测全球范围内的气候变化情况，对于制定气候政策具有重要的参考价值。
四、卫星气象云图的特点1. 全球范围：卫星气象云图可以覆盖全球范围内的气象信息，对于了解全球范围内的天气、气候变化具有重要的作用。
2. 实时性：卫星气象云图可以实时获取气象信息，及时掌握天气动态，对于天气监测、灾害预警等方面具有重要的作用。
3. 多样性：卫星气象云图可以提供可见光、红外线、雷达等不同类型的云图，对于观测不同时间、不同地区的天气具有重要的作用。
五、卫星气象云图的发展趋势1. 高分辨率：随着卫星探测技术的发展，卫星气象云图将越来越具有高分辨率的特点，可以提供更加细致的气象信息。
气象卫星图象识别和运用
MT-SAT 于 2005 年 2 月 发 射升空。左图
为 2005 年 4 月
12日北京时间 19时红外云图。
四 、气象卫星-观测内容
– 云顶温度、云顶状况、云量和云内凝结物相位的观测。 – 陆地表面状况的观测，如冰雪和风沙，以及海洋表面
状况的观测，如海洋表面温度、海冰和洋流等。 – 大气中水汽总量、湿度分布、降水区和降水量的分布。 – 大气中臭氧的含量及其分布。 – 太阳的入射辐射、地气体系对太阳辐射的总反射率以
FY-2C， 2004年10月19日成功发射，是我国的第一颗 业务型静止气象卫星，目前在轨业务运行。
FY-2C: 5通道可见光红外扫描辐射计
FY-2D， 2006年12月8日成功发射。
FY-2C 于 2004 年 10 月 发 射 升 空。右图为 2004 年 11 月 20 日 北 京 时 间 11 时 至 11 时 25 分 多通道合成图。
可见光云图和红外云图的比较
可见光云图上物象的色调决定于其返照率和太阳高度角, 红外云图上物象的色调决定于它的温度,所以这两种云图,有一 些外貌上相差很大,但也有些十分相似.
可见光云图与红外云图的比较图表
FY2-C星几种云图的分辨率
• 可见光图： 1.25公里 • 红外云图: 5 公里， • 水汽云图: 5 公里
可以获得云层以下的大气垂直温度分布和云中 的含水量。 气象观测专用系统还包括卫星所载的磁带机等数 据存贮装置和数据传输设备。
风云1号气象卫星
二 、气象卫星-发展史
• 1958年美国发射的人造卫星开始携带气象仪器，
1960年4月1日，美国首先发射了第一颗人造试验 气象卫星，成功地用电视摄像机拍摄了清晰的台 风云图。截止到1990年底，在30年的时间内，全 世界共发射了116颗气象卫星，已经形成了一个全 球性的气象卫星网。
湖北河海科技风云4号FY-4气象卫星云图接收处理系统
公司简介——服务创造价值创新成就未来——河海科技——中国气象卫星遥感技术领导品牌，领先的气象科技产品与业务平台解决方案供应商。
河海科技致力于民航气象业务系统建设等众多领域的研究和开发，为民航气象部门提供全面专业的业务平台解决方案，是国内同行业研发实力最强、产品线最完善、系统最稳定可靠，服务响应最迅速、客户满意度最高、市场占有率最大的民航气象领域高新技术企业之一。
自1998年3月成立近20年以来，河海科技通过不断的技术创新和发展壮大，公司已通过软件企业认定和软件产品登记，获得ISO9001质量管理体系认证、CMMI 3级软件企业成熟度国际认证，具有政府颁发的高新技术企业证书，拥有二十多项软件产品自主知识产权（著作权）专利，公司的研发成果多次获得省部级、多项厅局级科技进步奖和优秀软件产品奖。
河海科技坚持“服务创造价值，创新成就未来”的经营理念，坚持以客户为中心，以市场为导向，以科技创新为动力，不断跟踪国内外先进技术动态，持续投入新产品的研发，以雄厚的研发实力和运营团队为后盾，将创新作为第一生产力，恪守对客户、员工与社会的承诺。
河海科技胸怀远大的理想，不断为中国气象事业的发展贡献自己的力量。
一、产品概述风云4号（FY-4）气象卫星是我国新一代地球同步轨道气象卫星，装载多种观测仪器，包括多通道扫描成像辐射计、干涉式大气垂直探测仪、闪电成像仪和空间环境监测仪器等。
河海FY-4气象卫星云图接收处理系统主要用于接收和处理FY-4气象卫星所观测的高分辨率数字化资料，24小时自动接收处理辐射计14个通道、垂直探测仪和闪电成像仪的数据，整个系统由天线、馈源、高频放大器及下变频器、FY-4云图数据接收机、数据处理计算机和河海FY-4气象卫星云图接收处理软件等组成，提供包括云和大气产品、地表类产品、天气产品、辐射产品等多种产品。
河海FY-4气象卫星云图接收处理系统符合民用航空静止气象卫星资料处理系统技术规范（编号：AP-117-TM-2016-01）。
气象卫星影像处理与应用
气象卫星影像处理与应用第一章：引言气象卫星是指在地球轨道上运行，主要用于气象探测、气象监测和气象预报的人造卫星。
气象卫星可以提供高空大范围的信息，为气象预报和自然灾害情况的监测提供了非常重要的数据。
在气象卫星中，卫星影像是最为常见的数据形式。
随着计算机图像技术的不断提升，气象卫星影像处理也在不断的完善和发展，并广泛应用于气象预报、环境监测、农业、水资源管理等领域。
本文将针对气象卫星影像处理和应用展开讲解，包括气象卫星影像处理流程、影像处理技术、气象卫星影像在气象预报、环境监测、农业、水资源管理等方面的应用。
第二章：气象卫星影像处理流程气象卫星影像处理流程主要包括数据预处理、影像增强、影像分类、遥感信息提取等步骤。
（一）数据预处理气象卫星数据采集回传的过程中，数据可能存在噪声、数据丢失和图像畸变等问题，因此需要进行数据预处理。
数据预处理包括数据空间分布均衡、运动补偿和频率域滤波等。
（二）影像增强影像增强是一种图像处理技术，在气象卫星影像处理中起到了至关重要的作用。
影像增强可以增加图像的对比度、清晰度和鲜艳度，从而更好地提供气象信息。
常见的影像增强技术包括直方图均衡化、分段线性变换、非线性拉伸等。
（三）影像分类气象卫星影像分类是指将影像中的不同部分区分出来，并标记成不同的类别。
影像分类可以提供图像中不同区域的信息，有利于气象预报和自然灾害的监测。
常用的影像分类技术包括基于像素和基于目标的分类方法。
（四）遥感信息提取遥感信息提取是指从遥感数据中提取有用的地理信息。
在气象卫星影像处理中，遥感信息提取是非常重要的，它可以提取出气象要素，如云、水汽、温度等信息。
常见的遥感信息提取方法包括图像分割、特征提取和分类等。
第三章：影像处理技术影像处理技术是气象卫星影像处理中的重要技术支撑，它包括数字图像处理技术、计算机视觉技术和机器学习技术。
（一）数字图像处理技术数字图像处理技术是指通过数字计算机进行图像处理的技术。
卫星气象学第四章 卫星云图资料的接收和处理
在可见光区，灰度与电压的平方根成正比，即
C 1 2 V
（4）
1，2是由的系数最小二乘法确定
②建立反照率与电压之间的关系
若Csp，Csun是卫星观测宇宙空间和太阳时的灰度，对应的电压为
Vsp，Vsun，由于仪器设计时只允许50%的反射太阳辐射进入卫星 仪器，故反照率与电压的关系为
V=0.5（ Vsun- Vsp）A+ Vsp
在卫星云图上，如果两个相临瞬时视场的反照率或温度相同， 就无法区分它们。但是当这两个相临瞬时视场的反照率或温度有差 异，并达到一定的数值时，这两个视场就能被分辨，这个能分辨两
个相临目标物的最小反照率差值或温度差称之为灰度分辨率或温 度分辨率。
对于红外波段，通常用等效噪声温度差（NE△T）表示。 如果两个相临瞬时视场的温度差越大，则越容易区分它们， 如卷云、积雨云与地面。
②、空间分辨率与卫星观测视场的关系 卫星高度越高，在同样的瞬时视场下，观测面积大，空间 分辨率下降。 ③、空间分辨率与卫星观测视角的关系 卫星观测视角倾斜，观测面积增大，分辨率降低。
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2、温度分辨率或灰度分辨率
瞬时视场观测点面积为△S
S
1
S
COS( )
COS
1
(
)
l2 h2
S0
或
S
பைடு நூலகம்R2 h2
sin2 sin2 COS(
)
S0
式中
sin1[( R h) sin]
R
S
l2 h2
S0
卫星斜视与正视时的地面分辨率
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卫星云图
谢谢观看
可见光卫星云图利用云顶反射太阳光的原理制成，故仅能于白昼进行摄影。可见光卫星云图可显示云层覆盖 的面和厚度，比较厚的云层反射能力强，在可见光卫星云图上，会显示出亮白色，云层较薄则显示暗灰色，还可 与红外线卫星云图结合起来，做出更准确的分析。
可见光云图，是气象卫星上的扫描辐射计（早期用的是电视摄象机）用可见光通道感测并向地面站发送的卫 星云图，图上亮度明暗反映了云的反照率的强弱。可见光云图在研究云团、云系等的移动和发展方面，在监测台 风和其他天气系统的发生、发展及移动方面，均获得广泛应用，并取得较好成效。但由于云图是利用可见光波段 所拍，其亮度和色调取决于云的性质和太阳高度角，同肘夜间又拍不到，故受到一定的限制。
卫星云图是地面接受到的来自气象卫星的云况图片。按气象卫星飞行的轨道，可分为极地轨道气象卫星云图 和对地静止轨道气象卫星云图两种。前者连续的图片是不同地点上的云况；后者连续的图片代表卫星下方同一范 围云的连续情况。按气象卫星取得云况的仪器不同，可分为可见光卫星云图和红外卫星云图。
分类
红外线
可见光
红外线卫星云图利用卫星上之红外线仪器，来测量云层之温度。其中，温度低的云层会以亮白色来显示，也 就是此处的云层较高，而暗灰色的部分则代表云层高度较低，因为越接近地面的云层温度越高。简单而言，即以 云顶的不同温度来判断云层的高度。
分辨率
图像资料的分辨率高低是衡量卫星云图质量高低的一个重要指标。按照卫星上电视照相机的精度和扫描辐射 仪观测的瞬时视场大小，分成低分辨率和高分辨率云图两种。分辨率高，云中细小结构能表示出来。第三代业务 卫星的可见光和红外扫描辐射仪的分辨率都是 1.1公里。在1972年以前极轨气象卫星分辨率低，可见光和红外通 道的分辨率分别是4公里和8公里。
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S
1
S
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1
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或
S
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sin2 sin2 COS(
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式中
sin1[( R h) sin]
R
S
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S0
卫星斜视与正视时的地面分辨率
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瞬时视场 （IFOV）
W/f 地面瞬时视场（GIFOV）
GIFOV =2htan[IFOV/2]
=Wx（h/f）
=W/m 式中m是放大倍数
m=f/h
地面瞬时视场 （GIFOV）
焦距f 图象空间
高度h 大气 地面
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第四章 气象卫星资料的接收和处理
当前 卫星 观测 地球 -大 气采 用的 观测 方式
主动 观测 方式
重量重 耗能大
被动 体积小 观测 重量轻 方式 耗能小
气象雷达
非 扫
照相机
描 摄象机
仪
扫 成像辐射仪 描 非成像辐射仪 仪 成像非成像
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2、等效噪声功率NEP
是指探测器产生的信噪比为1所需的辐射功率，或是投射 到探测器上的辐射，使仪器产生的均方根电压等于探测器本身 均方根噪声电压的辐射功率，即
NEP EAd
Vn
Vs
或是 NEP EAdVn Vs
的空间立体角。
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由于卫星的瞬时视场很小， 所以在星下点处地面可分辨面积 的直径与瞬时视场间的关系可近 似写为
探测器宽度W 光学系统
d0=h x L 瞬时视场（IFOV）
IFOV =2tan-1（W/2f）
像素：卫星从某时刻到观测到的辐射就是与瞬时视场 相应的地表小块面积内所有物体反射或发射的辐射的总合， 这小块面积称做像素。像素是构成云图的最小单位。
线分辨率
1、空间分辨率
是指卫星在某一时刻观测地球的最小面积。卫星的瞬 时视场决定了卫星的空间分辨率。
空间分辨率可以由卫星观测到的最小面积直径表示， 单位为km。
4、探测度D和探测灵敏度D
探测度表示每瓦辐射功率所能获得的均方根信号噪声电压比， 它是NEP的倒数。
D 1 NEP
探测灵敏度表示单位面积为1cm2，带宽为1GHZ时的探测2
Vs ( Ad f Vn EAd
)2
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辐射能收 集的光学 系统，包 括：光栅 ，聚焦装 置等
感应辐射 能，并将 辐射能转 换为电信 号。分量 子、热探 测器两种
对探测 器信号 进行放 大、模 /数转 换等处 理
将处理 好的信 号发送 给天线 或记录 到存储 设备中
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第一节 卫星观测仪器的基本特征 一、卫星仪器的组成
扫描仪 光学系统 探测器 信号处理和信号输出系统
辐射信息 采集系统
辐射信息收 集转递系统
辐射（光） 电转换系统
电信号处理 和发送系统
扫描 观测 驱动 装置
5、信噪比 信号与噪声之比，定义为
S E()d
SNE N 0 NEI ()
式中E（）是入射至接收孔径处的光谱辐照度；NEI （）是等效噪声照度。
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三、卫星探测的分辨率 几个概念： 覆盖面积 视场 张角 角分扁辨率 瞬时视场：从卫星到观测地表面积之间构成
η H
sin c R sin c R H
D β D' δ
sin
c
sin c
RH R
A
c 180 (c c )
B
R O
DD
2
( c
)
180
R
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卫星探测与空间分辨率的关系
①、空间分辨率与卫星观测视场的关系
二、表征辐射仪的几个参数
1、响应度R和光谱响应函数
响应度R：指每单位输入功率的探测器输出的大小，为输 出信号电压或电流与入射功率之比，写为
R Vs EAd
Vs是输出电压信号，E是辐照度，Ad为探测器的面积。
光谱响应函数：由于卫星是在一定波长间隔内测量，在 这波长间隔内，响应度随波长而变，这种以波 长为函数的辐射响应称之为光谱响应函数，常 表示为
式中Vn是探测器输出噪声电压的均方根值，它表示了信号与噪 声的关系，当NEP>1，表示信号大于噪声。
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3、等效噪声温度差NE△T
是指目标物温度的改变而引起投射到探测器的辐射功率的 改变正好等于等效噪声功率的温度差。或是目标物温度的改变引 起的响应正好等于探测器输出端的均方根噪声电压。
(, )
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光谱响应函数通常是规一化的，即
(,)d 1 0
如果入射到卫星仪器的辐射为L（），考虑仪器 的光谱响应，则对卫星仪器的探测器有响应辐射为
L() (,)L()d 0
式中L（）是仪器的探测器对入射辐射的响应辐射。
空间分辨率也可以用卫星的瞬时视场角表示，单位为 弧度。
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如图所示：
o为地心，S为卫星，R为地球半径，H为
s
卫星高度， ∠ ASB为卫星的视场（张
角）,∠DSD为卫星的星下点处瞬时视场。
DD‘：星下点分辨率