卫星云图在天气分析和预报中的应用(中国科学院大气物理研究所)思维导图
高中地理必修一常见天气系统思维导图
常见天气系统冷锋、暖锋与天气变化
冷锋
运动冷气团主动移向暖气团
过境前受暖气团控制，气压低，气温高、湿度大，天气温暖晴朗
过境时阴天、强风、降温、雨雪
过境后受冷气团控制，气压升高，气温、湿度下降，天气转晴
降水位置锋后
天气实例北方夏季的暴雨，冬春季节的寒潮、沙尘暴
暖锋
运动暖气团主动移向冷气团
过境前受冷气团控制，气压高，气温低、湿度小，天气低温晴朗
过境时连续性降水或雾
过境后受暖气团控制，气压下降，气温、湿度升高，天气转晴
降水位置锋前
天气实例华北春雨连绵
准静止锋
运动冷暖气团势力相当
过境连续性降水
天气实例长江中下游的梅雨
低压（气旋）、高压（反气旋）系统
低压系统
气压状况气压中心低，四周高
气压梯度力方向从四周指向中心
气流流向
北半球：逆时针辐合中心上升
南半球：顺时针辐合中心上升
天气状况阴雨
夏秋季节我国东南沿海的台风
高压系统
气压中心高，四周低
从中心指向四周
气流流向
北半球：逆时针辐散中心下沉
南半球：顺时针辐散中心下沉
天气状况晴朗干燥
长江流域的伏旱；我国北方“秋高气爽”天气。
卫星云图在天气预报中的应用培训课件
气象卫星和主要功能
一，气象卫星的现状和发展 1. 气象卫星的种类
近极地太阳同步轨道卫星 倾角约90
按轨道划分 地球同步轨道卫星(地球静止卫星)倾角0
非同步轨道卫星
倾角在90和0之间
按功能划分
试验气象卫星 业务气象卫星
气象卫星就是用于气象探测的人造地球卫星。根 据气象业务观测的需求，业务气象卫星的运行轨道可 以分为两类。
我国气象卫星发展现状
6颗极地轨道卫星，5颗静止轨道卫星 成功实现试验业务到应用服务的转变
1988.09.07 1990.09.03 1999.05.10 2002.05.15 2008.05.27 2010.11.05
1997.06.10 2000.06.25 2004.10.19 2006.12.08 2008.12.23
FY-2E A: 105ºE
东西有效覆盖范围：26.5°～165°E 重叠区：45°E～146.5°E，约101.5° 完全覆盖我国领土
风云极轨卫星地面站分布
国内4站+国外1站的设计极大提高了全球资料的获取能力和时效
A
风 云 三 号 星 高 分 辨 率 全 球 观 测 能 力
凤凰台风：FY-3A 250米分辨率
FY-2静止气象卫星
高度：赤道上空35800km，地球同步
FY-2A: 1997年6月发射（105°E） FY-2B: 2000年6月发射（105°E） FY-2C: 2004年10月发射（105°E） FY-2D: 2006年12月发射（86.5°E） FY-2E: 2006年12月发射（105°E）
卫星云图在天气预报中的应用
气象卫星的应用：气象卫星是国际公认的最有应
用价值和效益的遥感卫星之一！
卫星云图与天气预报-初中地理知识
卫星云图与天气预报【知识点的认识】由气象卫星自上而下观测到的地球上的云层覆盖和地表面特征的图象．各种不同尺度天气系统的云区和各种不同的地表特征，在这种图象上都有其特定的色调、范围大小和分布形式．利用卫星云图可以识别不同的天气系统，确定它们的位置，估计其强度和发展趋势，为天气分析和天气预报提供依据．在海洋、沙漠、高原等大片缺少气象观测台站的地区，卫星云图所提供的资料，弥补了常规探测资料的不足，这对提高预报准确率起了重要作用．天气预报是气象工作者使用现代科学技术对未来某一地点地球大气层的状态进行预测，发布将要出现的天气状况，主要包括气温、阴天或晴天、降水的可能性、降水的强度、风力的大小、空气的能见度等．从史前人类就已经开始对天气进行预测来相应地安排其工作与生活（比如农业生产、军事行动等等）．现在的天气预报主要是使用收集大量的数据（气温、湿度、风向和风速、气压等等），然后使用目前对大气过程的认识（气象学）来确定未来空气变化．由于大气过程的混乱以及现在科学并没有最终透彻地了解大气过程，因此天气预报总是有一定误差的．【命题的方向】考查了对卫星云图与天气预报的认识，基础知识，难度不大，题型较简单，注意识图．例 1：（2013•齐齐哈尔）在卫星云图上，白色表示（）A．陆地B．海洋C．云区D．高原分析：天气预报是气象工作者通过对天气资料的分析，发布的将要出现的天气状况，主要包括气温（最高和最低）、阴天或晴天、降水的可能性、降水的强度、风力的大小、空气的能见度等等．解答：在卫星云图上，不同的颜色表示不同的内容．在卫星云图上绿色表示陆地，蓝色表示海洋，白色表示云雨区，黄色表示沙尘暴．故选：C．点评：本题主要考查学生看卫星云图的能力．只有了解卫星云图上各种颜色的含义，才能看懂卫星云图．例 2：某日，小华同学收听到关于第二天的天气预报：多云转阴，气温 2℃～6℃，降水概率 20%．第二天（）A．下雨的可能性不大B．下雨的可能性大C．不可能下雨D．绝对有雨分析：降水概率指的是今天这个城市下雨的可能性是百分之多少．解答：降水概率预报一般情况是：晴，概率 0%为不可能出现降水，晴转阴概率 10%﹣20%之间降水的可能性很小，多云、零星降水或局部有降水，概率在 30%﹣50%之间时有机会出现降水，降水概率在 60%﹣70%之间降水的可能性比较大，大于等于 80%时，降水的可能性很大，概率 100%则肯定会出现降水．故选：A．点评：本题考查的是降水概率的概念．【解题思路点拔】解题关键是熟记卫星云图与天气预报的概念及其特点．。
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。
卫星云图在天气分析及预报中的应用
学术研究2432017年7月下 第14期 总第266期当今伴随着空间技术的不断发展,业务气象卫星也是在不断的完善,通过对卫星进行利用去接收天气资料也是更加的丰富,在这之中,卫星云图在气象业务领域之中已经是取得了较为广泛的应用,此外也是成为了天气分析以及预报进行制作中较为重要的依据。
对于卫星云图而言,能够根据其天气的分析和预报提供出较为准确的一个参数,去监视常规天气图难以发现的灾害情况,为人们提供出一个准确的预报。
1 云识别有关判断的依据(1)结构的形式。
对于一些不同云系的物象点而言,存在着的明亮程度并不相同,通过采取这种方式来对云系进行相应的识别,例如带状以及旋涡状的云系则是为高层高积云自身所具有着的特点,然而对于开口细胞状而言,则是为积云以及浓积云等云团所特有。
(2)云系尺寸。
针对于云系的物理过程而言,主要是可以通过该云系的尺寸进行有效的推动出来,通常情况下,尺寸之中的小云系以及天气系统,反而言之则是存在着直接的关系。
(3)云系的外界形状。
对于不同的云系而言,所具有着的外界形状并不相同,所以主要是可以通过云系的外界形状对其进行相应的识别,外界形状的整齐主要是层运的一个比较大的特性,然而外界的分布存在着不整齐便是为浓积云。
(4)暗影。
所谓的暗影主要是比较高的云系在低的目标物上的一个投影,对于不同的云系而言,因为其形状存在着不同,因此其暗影也是存在着不同,简单一点来说,主要是根据上面所提到的依据较为相似[1]。
2 各类云在卫星云图上的有关特征所谓的可见光卫星云图,卷状云的反照率并不高,所以通常情况下表现为深灰色,此外云层的深度或者是和其他云层相互重叠的时候,那么卷云在可见光的卫星云图中所表现出来的颜色为白色,然而在红外线的卫星云图之中浓度并不是很高,并且所呈现出的颜色也是为白色。
通过对卫星云图进行利用,能够直接的看出高积云以及天气系统间所存在着的一些联系,通常情况下,是伴随着出现大范围的旋涡状。
然而在可见光的卫星云图中,高积云通常情况下是为白色,然而通过颜色的深浅则是可以直接的对高积云的厚度做出相应的判断,如果是在红外线的卫星云图之中,所表现出来的颜色主要是为灰色。
卫星观测资料在天气分析和预报中的应用
关于水汽反演 （1）按照遥感水汽的“最佳信息层” 理论 - 可以选取合适的用于遥感水汽的波 段（包括红外和微波） - 可以用于快速精确的提取水汽信息 （水汽的垂直分布） （2）大气边界层水汽遥感有局限 （3）水汽权重函数计算的解析方法， 使得卫星信息的实时提取和应用成为 可能
有效辐射层（测温） 最佳信息层（测湿）
云图模拟技术有助于回答以下问题
• 对于天气预报:
– 是否可以得到未来1-2天的预报云图？ – 那个模式（比如针对强天气）比较可靠？
• 对于模式开发：
– 那种方案（云，辐射，变界层等）较优？
• 对于集合预报技术：
– 那些成员（ensemble members）可用？
Observation (06Jul12UTC ~ 09Jul12UTC)
• 由于NWP模式中云的参数是以云冰或云水或混合形式出现，而辐射传输模 式中要求的输入是云的光学特性，建立NWP模式输出中云水/冰参数和红外 波段云光学特性之间的关系是卫星云图模拟技术的核心。经过UWMadison科学家近几年的研究探索，已经建立了一个可靠的转换模型，从 而解决了卫星云图模拟技术中的核心问题。 • 经过和MODIS实际观测进行比较分析（Greenwald et al. 2014） ，威斯康 星大学的云图模拟系统具有以下优点（和RTTOV及CRTM相比）： – 速度快：计算速度是RTTOV和CRTM的数倍； – 精度高 (0.5 – 1.5 K) ：计算精度远优于RTTOV，在极为重要的对流云 计算中优于CRTM（CRTM的计算结果有一个偏冷的偏差）； – 使用方便：输入／输出和接口都非常简单。
– 基于权函数进行迭代，逐层获取反演结果 – 水汽反演效果不佳或理论有错
• Zeng （1974）：系统提出和发展红外遥感理论及反演 方法，改正了国外的一些错误，奠定了资料实时应用 和NWP同化的理论基础 • 上世纪80年末变分同化方法的发展和应用，使得卫星 资料在数值天气预报中的改进方面起到主导作用
卫星气象学第六章 卫星云图在天气分析中的应用
• 在我国，细胞状云系主要出现在以下两种 情况：
1）夏季我国北方高空冷涡中的细胞状云系
每当北方进入夏季，华北冷涡、东北冷涡 和西北冷涡活动频繁，在冷涡的后部（西 侧）经常有冷空气侵入，使该地区产生细 胞状云系，冷涡附近的细胞状云系有明显 的日变化，一般在中午前后由于太阳对下 垫面的加热开始形成细胞状云系，由积云 浓积云组成，到傍晚前后，这些云系中的 一些常发展成积雨云，并伴有强对流天气。
南支槽带状云系
• 2）卷云覆盖区 （图示）：当南 支槽的南北幅度 为中等或较小时， 从印度西部到青 藏高原南部地区 出现成片的卷云 区，云区中卷云 纹线或反气旋弯 曲的纤维状结构 十分清楚。
南支槽片状卷云系
• 3）对流积状云区
（图示）：有时南 支槽表现为在青藏 高原南侧出现范围 不大的积状云区， 这些云系没有一定 的型式，但时常伴 有强雷暴天气，当 这片云区移至我国 南方地区时，同样 会带来强雷暴天气
D：急流轴(粗箭头) 在叶状云的南部风 速减小， X：500hPa涡度中心 P：反转点 F：切变涡度轴线 (又称切变涡度瓣) E：平流涡度轴线 (平流涡度瓣)
最高云顶常位于斜压叶东半部上方，东半部末端将变成逗点头； 云顶向西逐渐降低，并在“V”型缺口处北边界西端有中层云顶 出现，而南边界(H处)由低云组成。地面冷锋沿着斜压叶的南 边缘，冷锋的东端位于斜压叶状云系的深厚部分的下方，有时 也可能为静止锋。
• 当强寒潮南下到洋 面时，在锋面云带 的后面会出现由积 云组成的环状、半 环状和白球状的大 片云系，这种云型 分别叫做开口细胞 状云系和闭口细胞 状云系。
• 细胞状云系不仅出现在冬季洋面上，而且 可以出现在大陆上。从冬到夏，陆地表面 曙度升高，如果一次降水以后或湖泊、河 流较多的地方有冷空气侵入，就会有细胞 状云系生成。但是在陆地上由于热容量较 小，热惯性小，所以温度变化大，细胞状 云系的变化也大，表现为明显的日变化； 同时由于陆地地形较海面复杂，细胞状云 系远不如海面上典型。
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
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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。
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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。
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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
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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。
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人教版高中地理第二单元《地球上的大气》思维导图
温带大陆 性气候
风压规律：零三六九，七压六风
高压低压相间插
北撇南捺向低压 极地高压带 极地东风 副极地低压带
盛 行西 风
副热带高压带
东 北信 风
赤道低压带
东南信风
副热带高压带 副极地低压带 极地高压带
盛行西风 极 地 东风
冷干 冷干 温湿 温湿 热干 热干 热湿 热干 热干 温湿 温湿 冷干 冷干
东暖锋西冷锋低压气旋高压反气旋大气运动天气变化常见事例水平垂直冷锋准静止锋暖锋结构特点天气变化类型判断常见事例气象灾害灾害名称沙尘暴寒潮梅雨伏旱台风天气系统冷锋准静止锋高压反气旋低压气旋引发灾害低湿冻雨暴雪洪涝狂风暴雨风暴潮影响防御有利不利生产生活生态工程措施非工程措施全球气候的变化全球气候变化近现代全球变暖表现时间尺度冷暖干湿交替地质时期历史时期近现代概念原因自然人为全球平均气温的升高太阳活动大气环境地壳运动火山喷发排放温室气体毁林影响海平面上升农业水循环气象生态破坏原因后果种植业林业渔业水资源不稳定极端天气增加极地冰盖珊瑚措施增加吸收co2减排温室气体适应气候变化技术政策造林调整能源结构调整经济结构提高能源利用率绿色交通生态农业清洁生产节能生物固碳公众参与经济手段法律法规执法
结构特点 天气变化 类型判断 常见事例
北半球的锋面气旋
冷锋
锋
准静止锋
面 系
暖锋
统
天气 系统
气 压
低压（气旋） 大气运动 天气变化
水平 垂直
系 统
高压（反气旋）
常见事例
气象灾害
灾害
低湿、冻雨、暴雪
梅雨 准静止锋
洪涝
伏旱
台风
高压（反气旋） 低压（气旋）
狂风、暴雨、风暴潮
北半球：7月气温最高，1月最低 南半球：1月气温最高，7月最低
初中地理《世界的气候》单元教学设计以及思维导图
初中地理《世界的气候》单元教学设计以及思维导图世界的气候适用七年级年级所需课内共用7课时；每周3课时；课外共用2课时时间主题单元研究概述世界的气候》是初中地理的重要章节，是整个初中地理研究的重点，也是难点之一，对以后研究理解世界地理中的大洲、地区、国家以及中国区域地理中的气候环节起着举足轻重的作用。
本单元由“天气和气候”“气温和降水”“影响气候的主要因素”“世界主要气候类型”四节内容组成，我们可以按照四个专题来研究，其中第一、二、四专题与第三专题存在表现与本质的关系，前者侧重“是什么”，后者侧重“为什么”。
本单元的研究重难点：学生会根据气温变化曲线和逐月降水量图判断气候类型；能够分析某一地区气候的成因。
本单元本着学生自主、合作、探究的方式进行，以学生导学案为载体，恰当使用多媒体，进行2节展示课，努力使学生达成：识别常用天气符号，能看懂简单的天气图；理解并归纳世界气温、降水分布规律；举例分析纬度位置、海陆分布、地形等因素对气候的影响；运用世界气候分布图说出主要气候类型分布。
主题单元规划思维导图主题单元研究目标知识与技能：1.知道天气和气候的区别，并能在生活中正确使用这个两个词语。
2.识别常用的天气符号，能看懂简单的天气图。
3.能通过天气预报图和卫星云图，结合本地的实践情况，大略判别近期大概出现的天气情况。
4．初步学会、阅读世界年平均气温漫衍图，说出世界气温的漫衍纪律。
5．使用气温资料绘制气温曲线图，并读图说出气温的变化纪律。
6．初步学会阅读世界年平均降水量漫衍图，说出世界不同地区降水漫衍的差异。
7．举例分析纬度位置、海陆位置、地势等对气候的影响。
8．阅读“世界气候漫衍图”，说出主要气候类型及漫衍地区。
过程与方法：1．借助多媒体设备，使学生在活动过程中体会、认识天气的特点，学会描述天气。
2．通过组织游戏、角色扮演，让学生了解天气预报，熟悉常用天气符号，认识卫星云图。
3．培养学生读图、绘图、析图、简单的绘图能力，判别能力及主动探究能力。
4卫星气象学第四章云图识别
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可见光云图中A、B、C等处表现为云顶纹 理不均匀，在这些地方出现云顶凸起，常 称之为穿透性对流云顶，每个云顶处在迎 太阳一侧很明 亮，背阳光一 侧出现暗影， 云顶高度很 高，对流强 烈，地面报告 相应于这些云 顶之下有龙卷 风出现。
第三节云图上各类云的识别
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(2)纤维状卷云 纤维状卷云在我国西部青藏高原地区很多见， 纤维状卷云的特点有： ①结构型式：纤维状卷云可以呈带状，此外在 涡旋状云区中也可见到纤维卷云； ②纹理：这种卷云的主要特征是纹理为纤维 状； ③范围大小：有的宽度可达50～100km、长达 千余千米，也有的仅表现为很短的卷云羽。
短 波 槽 云
暴 雨 云 团 暴 雨 云
黒 色 雾
白 色 雾
山 脉 浓 雾
天 山 地 形
Hale Waihona Puke 波状云• 细胞状云系
• 未闭合的细胞状云系：
• 是指每个细胞中心部分是晴空少云区，而在边缘上是 云区，细胞形状表现为指环形或“U”字形。这类细胞 状云系主要是由浓积云或积雨云组成。因此常形成在 气温和海水温度差异较大、对流比较强的地区. • 闭合的细胞状云系： • 每个细胞中心是云区，而在细胞的边缘上却是无云或 者少云区。这类细胞状云系主要由层积云组成。形成 这种云时，海水与空气之间的温度差异较小，对流比 较弱
在水汽图上，根据色调可以识别水汽分 布，但是由水汽图也能判别积雨云和卷云。 水汽图象上没有高云地方的色调代表大气 中特定层或表面上例如400hPa上的湿度 一垂直大气柱中水汽的含量例如总水分 或可降水总量 大气中重要湿层的高度等值线 相对湿度
比较 水汽（上） 红外（下） 图像