卫星气象学课件：第5章 卫星云图分析基础0-1
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卫星气象学课件5-liyan
对比度边界两侧灰度差的大小
带或缝：这种或黑或浅灰的长形区域宽度有限，在其两侧各有一 条边界。“带”这个词既可以用于表示亮，又可以表示暗的特征 ；而“缝”这个词只用于表示暗区。
边缘：当灰度差出现在一较长距离内或形状不规则时，我们有时 用“边缘”一词来表示不清晰的界面。
水汽图中最常见和最重要的类型被归纳为七种基本类型：
湿空气在某一地区上升，而周围环境状况无重大变化； 湿空气在被高空干空气侵占的区域下沉，即在无变化的湿
环境附近，形成新的高空干空气环境； 水汽边界可能是前面两种过程共同作用的结果，上升的湿
空气区域邻近的湿空气可以下沉； 在相同尺度上没有明显垂直运动的水平变形过程可使最初
渐变的或反差小的水汽梯度变得清晰且反差大。
5.2.1 天气尺度系统的“头边界”
“头阻塞”可发生于各种尺度上，所以我们亦将“头边界”这个 概念用于天气尺度的系统。
边界的图象特征
头边界由一个相当清晰的界面组成，它的一侧是高云和冷的高 空湿区，另一侧是各种各样的干环境。云和水汽趋向于在高层积 累并从垂直上升运动区向外扩散。清晰的头边界形成于正在扩散 的高层湿区的上游，水汽向周围扩散或阻塞周围的高空风。
在水汽图上，“斜压叶”表示高空槽前出现的一种特殊边界。 与“斜压叶”云系有关的水汽边界一般与叶状云型的冷高云的头边 界重合很好，但会延伸到云边界外面。 叶状边界常形成一个振幅很小的“S” 形，而且在转折点另一侧会有不同的 特征。凸出的部分与头边界相似。盾 状卷云常常出现在表示“湿”的浅灰 色一侧。沿着边界另一侧往往非常清 晰，湿侧有一个非常狭窄的暗带。有 时，边界两侧反差不大，边界可能并 不清晰。
层次中。水汽在普通的浓度下对辐射是半透
明的，因此卫星测得的亮温是若干水汽层的
带或缝：这种或黑或浅灰的长形区域宽度有限，在其两侧各有一 条边界。“带”这个词既可以用于表示亮，又可以表示暗的特征 ；而“缝”这个词只用于表示暗区。
边缘：当灰度差出现在一较长距离内或形状不规则时，我们有时 用“边缘”一词来表示不清晰的界面。
水汽图中最常见和最重要的类型被归纳为七种基本类型：
湿空气在某一地区上升，而周围环境状况无重大变化； 湿空气在被高空干空气侵占的区域下沉，即在无变化的湿
环境附近，形成新的高空干空气环境； 水汽边界可能是前面两种过程共同作用的结果，上升的湿
空气区域邻近的湿空气可以下沉； 在相同尺度上没有明显垂直运动的水平变形过程可使最初
渐变的或反差小的水汽梯度变得清晰且反差大。
5.2.1 天气尺度系统的“头边界”
“头阻塞”可发生于各种尺度上，所以我们亦将“头边界”这个 概念用于天气尺度的系统。
边界的图象特征
头边界由一个相当清晰的界面组成，它的一侧是高云和冷的高 空湿区，另一侧是各种各样的干环境。云和水汽趋向于在高层积 累并从垂直上升运动区向外扩散。清晰的头边界形成于正在扩散 的高层湿区的上游，水汽向周围扩散或阻塞周围的高空风。
在水汽图上，“斜压叶”表示高空槽前出现的一种特殊边界。 与“斜压叶”云系有关的水汽边界一般与叶状云型的冷高云的头边 界重合很好，但会延伸到云边界外面。 叶状边界常形成一个振幅很小的“S” 形，而且在转折点另一侧会有不同的 特征。凸出的部分与头边界相似。盾 状卷云常常出现在表示“湿”的浅灰 色一侧。沿着边界另一侧往往非常清 晰，湿侧有一个非常狭窄的暗带。有 时，边界两侧反差不大，边界可能并 不清晰。
层次中。水汽在普通的浓度下对辐射是半透
明的，因此卫星测得的亮温是若干水汽层的
卫星气象学气象卫星观测系统ppt课件
1
章节内容
4.1 A-Train卫星编队 4.2 TRMM热带降水卫星 4.3 GOSE静止卫星系列 4.4 NOAA极轨卫星系列
2
4.1 A-Train卫星编队 Aqua卫星
3
AQUA卫星介绍
AQUA卫星携带的仪器有：
★云与地球辐射能量系统测量仪CERE S (Clouds and the Earth's Radiant Ene rgy System)
5个
MODIS、MISR、CERES、 MOPITT、ASTER
S波段 X波段（8212.5MHz)
3,000瓦 5年
AQUA 2002年5月4日 DELTA CLASS 太阳同步，705公里
98.8分钟 下午1：30
16天 2,934公斤 2.68m×2.49m×6.49m
6个
AIRS、AMSU－A、CERES、 MODIS、HSB、AMSR-E
Telescope(望远镜)
直径17.78cm
Size(体积)
1.0m×1.6m×1.0m
Weight(重量)
250kg
Power(功耗)
225 W
Data Rate(数据率)
11 Mbps
Quantization(量化)
12 bits
Spatial Resolution (空间分辨率)
250 m(bands 1-2)、500m (bands 3-7)、
9
MODIS的技术指标
项目
指标
705km，降轨上午10:30过境(Terra)，
Orbit(轨道) 升轨下午1:30过境(Aqua)，太阳同步，
近极地圆轨道
Scan Rate(扫描频率)
章节内容
4.1 A-Train卫星编队 4.2 TRMM热带降水卫星 4.3 GOSE静止卫星系列 4.4 NOAA极轨卫星系列
2
4.1 A-Train卫星编队 Aqua卫星
3
AQUA卫星介绍
AQUA卫星携带的仪器有：
★云与地球辐射能量系统测量仪CERE S (Clouds and the Earth's Radiant Ene rgy System)
5个
MODIS、MISR、CERES、 MOPITT、ASTER
S波段 X波段（8212.5MHz)
3,000瓦 5年
AQUA 2002年5月4日 DELTA CLASS 太阳同步，705公里
98.8分钟 下午1：30
16天 2,934公斤 2.68m×2.49m×6.49m
6个
AIRS、AMSU－A、CERES、 MODIS、HSB、AMSR-E
Telescope(望远镜)
直径17.78cm
Size(体积)
1.0m×1.6m×1.0m
Weight(重量)
250kg
Power(功耗)
225 W
Data Rate(数据率)
11 Mbps
Quantization(量化)
12 bits
Spatial Resolution (空间分辨率)
250 m(bands 1-2)、500m (bands 3-7)、
9
MODIS的技术指标
项目
指标
705km，降轨上午10:30过境(Terra)，
Orbit(轨道) 升轨下午1:30过境(Aqua)，太阳同步，
近极地圆轨道
Scan Rate(扫描频率)
卫星气象学ppt课件
15
立体角的计算
d rd r sind
d d sin d d
r2
16
辐射场物理量包括： • 辐射能； • 辐射功率； • 辐射强度； • 辐射通量密度； • 辐亮度，等。
17
• 辐射能Q：焦耳、热力学卡（1k=4.1840J）； • 辐射功率φ（或Radiant Flux 辐射通量W）：
特 征：与温度有关。 微 波：波长：1mm —30cm。大于30厘米的波称无线电波。
产生：内部分子的转动引起的。
8
Electromagnetic radiation is characterized by its frequency ,
wavelength , wave number
or photon energy
= c, E = h v = h c /
E = Energy (joules, or j), h = Planck’s constant = 6.63 x 10-34 j -s, v = frequency (1/s or s-1)
c = speed of light in a vacuum (m / s), = wavelength (m)
n
n
s
dω
s
dω’
dA
d A’
21
如果辐射率与方向无关，则称各向同性, 这样的源称朗伯源。 如果考虑整个空间，则对所有角求积分，再除以4，就得平均 的辐射率
L 1
2
L( ,)sin d d
4 0 0
若辐射是方位对称的，则上式为
L 1
L( ) sin d
20
22
Emissivity(发射率,比辐射率,ε）：指同一温度下辐射体 的出射度M与黑体的出射度M的比值，它表征了物体的辐射能 力。
立体角的计算
d rd r sind
d d sin d d
r2
16
辐射场物理量包括： • 辐射能； • 辐射功率； • 辐射强度； • 辐射通量密度； • 辐亮度，等。
17
• 辐射能Q：焦耳、热力学卡（1k=4.1840J）； • 辐射功率φ（或Radiant Flux 辐射通量W）：
特 征：与温度有关。 微 波：波长：1mm —30cm。大于30厘米的波称无线电波。
产生：内部分子的转动引起的。
8
Electromagnetic radiation is characterized by its frequency ,
wavelength , wave number
or photon energy
= c, E = h v = h c /
E = Energy (joules, or j), h = Planck’s constant = 6.63 x 10-34 j -s, v = frequency (1/s or s-1)
c = speed of light in a vacuum (m / s), = wavelength (m)
n
n
s
dω
s
dω’
dA
d A’
21
如果辐射率与方向无关，则称各向同性, 这样的源称朗伯源。 如果考虑整个空间，则对所有角求积分，再除以4，就得平均 的辐射率
L 1
2
L( ,)sin d d
4 0 0
若辐射是方位对称的，则上式为
L 1
L( ) sin d
20
22
Emissivity(发射率,比辐射率,ε）：指同一温度下辐射体 的出射度M与黑体的出射度M的比值，它表征了物体的辐射能 力。
卫星云图分析
在一定的太阳高度角下，卫星接收到的辐射仅 决定于物体的双向反射率，如果将地面看成朗 伯面，则卫星接收的辐射仅取决于物体的反照 率，物体的反照率愈大，它的色调愈白；反照 率愈小，色调愈暗；
表2给出了各种云和地面目标物体的反照率。 表3给出了各类地面目标物在可见光云图上的色调。
反过来，可以根据卫星云图上的色调估算入射 到地表面的太阳辐射、物象的反照率和双向反 射率。
一切绝对温度高于0度的物体都会发出红外 辐射，气象卫星通过红外扫描仪可探测物体 的温度。
红外云图的优点是不论白天夜间都可以实现 连续观测，它的探测值是物体表面温度的分 布情况。
21
3、红外云图（续）
在红外云图上的色调分布反映的是地面 或云面的红外辐射或亮度温度分布，在 这种云图上，色调愈暗，温度愈高，卫 星接收到的红外辐射愈大；色调愈浅， 温度愈低，辐射愈小。
18
表2 一些主要云和地面目标物的反照率
云和地面目标物
积雨云 积雨云 卷层云 积云，层积云 层积云
层云 沙漠 层积云 积雪
层云 卷云 卷层云 晴天积云 中云(高层高积云) 沙地 沙地和矮树林 植被
海洋,湖泊,河流
主要特征
大而厚 小，云顶在六公里左右 厚，下面有中低云和降水
陆地上，云量>80% 陆地上，云量>80% 厚，出现在洋面上，云厚约0.5公里
可见光资料只能在白天使用。 在FY-2云图中为通道5（ch5）的资料。
15
2、可见光云图（续）
可见光云图是卫星扫描辐射仪在可见光 谱段，如AVHRR仪器的CH1(0.680.725微米）通道或静止卫星的(0.520.75微米)，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 标物反射太阳辐射转换为图象，如果卫 星接收到的辐射越大，用越白的色调表 示；而对接收到的辐射越小，则用越暗 的色调表示，这就得到可见光云图。
表2给出了各种云和地面目标物体的反照率。 表3给出了各类地面目标物在可见光云图上的色调。
反过来，可以根据卫星云图上的色调估算入射 到地表面的太阳辐射、物象的反照率和双向反 射率。
一切绝对温度高于0度的物体都会发出红外 辐射，气象卫星通过红外扫描仪可探测物体 的温度。
红外云图的优点是不论白天夜间都可以实现 连续观测，它的探测值是物体表面温度的分 布情况。
21
3、红外云图（续）
在红外云图上的色调分布反映的是地面 或云面的红外辐射或亮度温度分布，在 这种云图上，色调愈暗，温度愈高，卫 星接收到的红外辐射愈大；色调愈浅， 温度愈低，辐射愈小。
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表2 一些主要云和地面目标物的反照率
云和地面目标物
积雨云 积雨云 卷层云 积云，层积云 层积云
层云 沙漠 层积云 积雪
层云 卷云 卷层云 晴天积云 中云(高层高积云) 沙地 沙地和矮树林 植被
海洋,湖泊,河流
主要特征
大而厚 小，云顶在六公里左右 厚，下面有中低云和降水
陆地上，云量>80% 陆地上，云量>80% 厚，出现在洋面上，云厚约0.5公里
可见光资料只能在白天使用。 在FY-2云图中为通道5（ch5）的资料。
15
2、可见光云图（续）
可见光云图是卫星扫描辐射仪在可见光 谱段，如AVHRR仪器的CH1(0.680.725微米）通道或静止卫星的(0.520.75微米)，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 标物反射太阳辐射转换为图象，如果卫 星接收到的辐射越大，用越白的色调表 示；而对接收到的辐射越小，则用越暗 的色调表示，这就得到可见光云图。
5卫星气象学_第五章
• 涡度逗点云系(b)：它是逗点云系中的中低层 • 云系，具有较强对流，降水多为阵性，常与 • 冷锋和锢囚锋相联系；
• 变形带云系(c)：它是逗点云系中的卷云层顶 • 部，但比斜压带卷云低，降水为连续性，并 • 与锢囚锋相联系。
• 6、斜压叶状云系 • • • • • • 斜压叶状云系是以它的外形似植物叶片 状而名。这种云系与高空西风气流中的锋生 相联系。通常，斜压叶状云系在垂直方向深 厚，地面上伴有锋生现象，并可能有地面气 旋生成。它由多层云系组成，在可见光和红 外图上都很容易看见它。
• • • • •
2)中宽脊 中等宽度脊的云型是一个前边界 不太清楚的宽云带，这是由于这类脊垂直运 动符号是逐渐改变的，以致部分云系能超过 脊线而不突然消失，往往要向下游伸展几个 经度。下图给出中等幅度脊的云型模型。
• • • •
1．带状云系 指一条大体上连续、具有明显长轴、长宽之 比至少为4：1的云系。 云区：云系的长宽比小于4:1时。
• 云带一种相对宽而连续的带状云型称为云带。 • 它具有清晰的弯曲或不弯曲的长轴，其长宽 • 之比至少为4：1，而且宽度大于1个纬距。
• 云带属天气尺度云系，常由多层云系组成， • 云种有卷状云，也有积状云和层状云。锋面、 • 赤道辐合带都表现为带状云系。
• 有时涡旋云系表现为一片密蔽的圆形云区，涡 旋中心就是云区的几何中心。
台 风
台 风 眼
东 北 锢 囚 气 旋
华 北 冷 涡
• • • • • • • • •
3、云团 云团是产生暴雨和强对流的一种中尺度 系统。通常，云团由多个积雨云、混合性云 或积云与层云相镶出现的云簇等组成，并与 卷云砧连成一片，表现为一片白亮的密实云 区。 云团的形状与大尺度环流背景以及产生 云团的扰动强度等因素有关，其形状有圆形、 准圆形、椭圆形、螺旋状等。
第五章 卫星云图分析基础(2) (NXPowerLite)
第五章 卫星云图分析基础
(2)
三、中云（高层云、高积云）
在卫星云图上，由于卫星无法将高积云与高层云区别开来，一般将 高积云与高层云统称为中云。中云是与天气尺度系统相联系的一 种云系.
它的特点主要表现为： 结构和范围：表现为一大片，范围可达20000—200000km2，可以
是涡旋状、带状、线状和逗点状。 色调和纹理：
④范围大小：层云(雾)的范围相差很大，所以不能根 据层云(雾)的范围判别它。
层云(雾)一般出现于冷高压后部，或低压前部，或 冷锋前方等天气系统的有关处，这些地方存有暖湿空 气在冷表面上平流。此外，冬季中高纬地区地表的辐 射冷却也有助于层云(雾)的形成。例：图5-18，图519。
六、卫星云图上各类云的共存
3．积云和层积云 在卫星云图上，积云和层积云会同时出现。由发 展，但受到高空下沉气流的作用，抑制其发展的结果。
4．层积云和层云
在可见光云图上，经常可以见到层积云逐渐向层云 过渡的情况，也就是层积云单体逐渐变小，然后连成 一片，呈现层云的特征。
①纹理：由于大多数层云与雾是在稳定大气(逆温) 条件下，暖湿空气平流到冷的表面上形成的，层云 与雾的云顶高度均匀，所以其纹理光滑均匀；
②色调：在可见光云图上层云(雾)的色调从灰色到白色，这决定
于云的厚度和稠密程度，雾越厚、越浓，色调越白。如果层云 (雾)超过300m，则层云(雾)表现为很白色调。在红外云图上， 层云(雾)表现成色调较暗的均匀云区。由于层云(雾)的高度低， 其色调随季节和纬度而变。如果层云(雾)顶的温度与地面温度相 近，则在红外图上就无法辨别层云和雾，这时要区别是否有层云 (雾)，则看其是否出现象河流、山脉等地表特征。有时白天的红
图5．17是同一时刻的可见光和红外图，图中给出了红外云图上 我国陆地上的积云浓积云(C1、C2)和积雨云(A、B)。
(2)
三、中云（高层云、高积云）
在卫星云图上，由于卫星无法将高积云与高层云区别开来，一般将 高积云与高层云统称为中云。中云是与天气尺度系统相联系的一 种云系.
它的特点主要表现为： 结构和范围：表现为一大片，范围可达20000—200000km2，可以
是涡旋状、带状、线状和逗点状。 色调和纹理：
④范围大小：层云(雾)的范围相差很大，所以不能根 据层云(雾)的范围判别它。
层云(雾)一般出现于冷高压后部，或低压前部，或 冷锋前方等天气系统的有关处，这些地方存有暖湿空 气在冷表面上平流。此外，冬季中高纬地区地表的辐 射冷却也有助于层云(雾)的形成。例：图5-18，图519。
六、卫星云图上各类云的共存
3．积云和层积云 在卫星云图上，积云和层积云会同时出现。由发 展，但受到高空下沉气流的作用，抑制其发展的结果。
4．层积云和层云
在可见光云图上，经常可以见到层积云逐渐向层云 过渡的情况，也就是层积云单体逐渐变小，然后连成 一片，呈现层云的特征。
①纹理：由于大多数层云与雾是在稳定大气(逆温) 条件下，暖湿空气平流到冷的表面上形成的，层云 与雾的云顶高度均匀，所以其纹理光滑均匀；
②色调：在可见光云图上层云(雾)的色调从灰色到白色，这决定
于云的厚度和稠密程度，雾越厚、越浓，色调越白。如果层云 (雾)超过300m，则层云(雾)表现为很白色调。在红外云图上， 层云(雾)表现成色调较暗的均匀云区。由于层云(雾)的高度低， 其色调随季节和纬度而变。如果层云(雾)顶的温度与地面温度相 近，则在红外图上就无法辨别层云和雾，这时要区别是否有层云 (雾)，则看其是否出现象河流、山脉等地表特征。有时白天的红
图5．17是同一时刻的可见光和红外图，图中给出了红外云图上 我国陆地上的积云浓积云(C1、C2)和积雨云(A、B)。
卫星气象学5-09
一、可见光云图基本特点 1．可见光云图观测原理 卫星在可见光大气窗区观测，大气中的散射辐射很小时，这时
可以略去(3．377)式中第一、二、四项，卫星接收到的辐射为：
式中ρλ (μ，φ；一μsunφsun)是双向反射率。在水平方向近似为 均匀的，地面为朗伯面各向同性，不考虑大气散射时，传输方程为
式中ρL (λ)是朗伯面反照率。〒λ（τλs ，μsun ) 、 〒λ（ τλs ，μ ）分别是太阳光入射方向和卫星观测方向的大气 透过率。由于又在大气窗区〒λ （τλs ，μ sun ) ≈〒λ(τ λs， μ）≈1，所以上式又可以写为：
从上式可见，由于Eλ ( ∞)是入射大气顶的辐射，通常可以当作定 值，因此卫星在可见光谱观测的辐射可以近似地认为与地面的反照 率ρL （λ）和太阳的天顶角余弦μsun成正比。
2．可见光云图的特点 可见光云图是卫星扫描辐射仪在可见光谱段，CHl(0．68— 0.725μm）通道或静止卫星的(0．52—0．75μm)，测量来自地面 和云面反射的太阳辐射，将这种地面目标物反射的太阳辐射转换为 图像，卫星接收的辐射越大，用越白的色调表示；接收到的辐射越 小，用越暗的色调表示，就得到可见光云图。在可见光云图上，物 像的色调决定于反射太阳辐射的强度。而卫星接收到的反射太阳辐 射决定于入射到目标物上的太阳辐射，及目标物的反照率。入射至 目标物的太阳辐又与太阳高度角有关。因此，在可见光云图上物像 的色调与其本身的反照率和太阳高度角有关。
卫星云图主要反映地面、云面的特性，选取波长很重要： ①减少大气对观测的影响：选用大气窗区，尽可能避免存有气 体吸收和散射的波段，以达到清楚观测地表或云分布； ②根据观测对象特征差异确定选用的波段：根据目标物光学特 性，选择观测对象与其它目标特征差异最大的波段； ③根据卫星观测目标的特性确定观测资料类型： 卫星资料有两大类，一类图像资料，如卫星云图、水汽图等， 由成像类辐射仪获取，成像迅速，时、空分辨率高，直观形象，水 平分布连续，使用方便；另一类数字资料，光谱分辨率高，用于大 气温度和成分的探测。
卫星云图分析课件PPT
3. 改进了低分辨率数据的广播方式
将模拟低分辨率数据广播(WEFAX)改为符合世界 气象组织建议标准的低速率数据广播(LRIT)。
2021/3/10
11
1、风云二号卫星简介
风云二号气象卫星定位于东经115°赤道上空，它提供了以我国中部经 度为中心的三分之一个地球范围内每小时一次的云图资料。
这些云图资料将填补我国西部、西亚、印度洋上的大范围资料空白，对天气 预报有十分重要的意义。
2021/3/10
9
中国已将８颗气象卫星送入太空
此前中国已将７颗气象卫星成功送入太空，这七颗气象卫星包括４颗风 云一号极轨气象卫星和３颗风云二号静止轨道气象卫星，它们的发射历 程如下：
1. １９８８年９月７日，“风云一号”Ａ星在太原卫星发射中心成功发射。 2. １９９０年９月３日，“风云一号”Ｂ星在太原卫星发射中心发射成功。 3. １９９７年６月11日，“风云二号”Ａ星在西昌卫星发射中心成功发射。 4. １９９９年５月11日，“风云一号”Ｃ星在太原卫星发射中心发射成功。 5. ２０００年６月２５日，“风云二号”Ｂ星在西昌卫星发射中心成功发射。 6. ２００２年５月１５日，“风云一号”Ｄ星在太原卫星发射中心成功发射。 7. ２００４年11月１９日，中国首颗业务型静止轨道气象卫星——“风云二号”
2021/3/10
12
1、风云二号卫星简介（续）
风云二号气象卫星每小时提供一次云图。在需 要的时候，还要以进行加密观测。
这种高频次的云图资料，可以有效地监视暴雨、台 风等灾害性中小尺度天气系统。
风云二号气象卫星的射出长波辐射资料，提供 了大气中云的信息以及热带地区大尺度环流系 统分布的信息。
有了风云二号气象卫星以后，从我国西面过来的天气系统将处于它的监 视范围之内。
将模拟低分辨率数据广播(WEFAX)改为符合世界 气象组织建议标准的低速率数据广播(LRIT)。
2021/3/10
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1、风云二号卫星简介
风云二号气象卫星定位于东经115°赤道上空，它提供了以我国中部经 度为中心的三分之一个地球范围内每小时一次的云图资料。
这些云图资料将填补我国西部、西亚、印度洋上的大范围资料空白，对天气 预报有十分重要的意义。
2021/3/10
9
中国已将８颗气象卫星送入太空
此前中国已将７颗气象卫星成功送入太空，这七颗气象卫星包括４颗风 云一号极轨气象卫星和３颗风云二号静止轨道气象卫星，它们的发射历 程如下：
1. １９８８年９月７日，“风云一号”Ａ星在太原卫星发射中心成功发射。 2. １９９０年９月３日，“风云一号”Ｂ星在太原卫星发射中心发射成功。 3. １９９７年６月11日，“风云二号”Ａ星在西昌卫星发射中心成功发射。 4. １９９９年５月11日，“风云一号”Ｃ星在太原卫星发射中心发射成功。 5. ２０００年６月２５日，“风云二号”Ｂ星在西昌卫星发射中心成功发射。 6. ２００２年５月１５日，“风云一号”Ｄ星在太原卫星发射中心成功发射。 7. ２００４年11月１９日，中国首颗业务型静止轨道气象卫星——“风云二号”
2021/3/10
12
1、风云二号卫星简介（续）
风云二号气象卫星每小时提供一次云图。在需 要的时候，还要以进行加密观测。
这种高频次的云图资料，可以有效地监视暴雨、台 风等灾害性中小尺度天气系统。
风云二号气象卫星的射出长波辐射资料，提供 了大气中云的信息以及热带地区大尺度环流系 统分布的信息。
有了风云二号气象卫星以后，从我国西面过来的天气系统将处于它的监 视范围之内。
卫星气象学课件：第5章 卫星云图分析基础0-1
2） 红外云图上水面与陆地色调的变化
在冬季中高纬度地区，海面温度高于陆地温度，因此海 面色调比陆地要（暗），但在夏季，尤其在白天，陆地温 度高于海面温度，因此海面色调比陆地要（白）。如果陆 地与水面的温度相近，则它们的色调相近，水陆界线不分 明。
使用红外云图需要注意的事项 :
(1)在夜间很难观测到低云和雾，因为低云和雾 的温度与地表温度十分接近； (2) 对于超过几百米厚而密实的云层，卫星测量 的辐射主要来自云面，由此可以直接估算云顶温 度或高度。但对薄云或未能充满视场的云单体， 卫星测量的辐射是云体和地表发射辐射的总和， 由此推算的云顶温度比实际的要暖，估算的云顶 高度比实际的要低。（例子：P203图5-3）
阳辐射又与太阳高度角有关。
在可见光云图上物像的色调与其 本身的反照率和太阳高度角有关
(1)反照率对可见光云图上色调的影响？
在一定的太阳高度角下，卫星接收到的辐射仅决 定于物体的双向反射率（P102-103，地表的反射， 即入射和反射的角度不同），如果将地面看成朗 伯面，则卫星接收的辐射仅取决于物体的反照率， 物体的反照率越大，它的色调越白；反照率越小， 色调越暗。
E
A
B
M
E
A
B
M
A: 渤海；B：黄土高原和内蒙古的毛乌素沙地；C：我国东北地区冷涡云系；D：热带地区菲律宾； 中国大陆南方和太平洋上冷锋云系，在IR上亮度不均匀，Fb和Fc处暗，中低云；E和Fa处与VIS一样白 亮，说明该处云系垂直发展旺盛，天气强烈。显示了红外云图垂直分辨率高的优点。
1974年3月30日8:30 NOAA-4的可见光（a）和红外（b）图像
卫星云图是气象卫星最易最早进行的观测 项目之一，也是最早在气象业务发挥作用 的卫星资料。
在冬季中高纬度地区，海面温度高于陆地温度，因此海 面色调比陆地要（暗），但在夏季，尤其在白天，陆地温 度高于海面温度，因此海面色调比陆地要（白）。如果陆 地与水面的温度相近，则它们的色调相近，水陆界线不分 明。
使用红外云图需要注意的事项 :
(1)在夜间很难观测到低云和雾，因为低云和雾 的温度与地表温度十分接近； (2) 对于超过几百米厚而密实的云层，卫星测量 的辐射主要来自云面，由此可以直接估算云顶温 度或高度。但对薄云或未能充满视场的云单体， 卫星测量的辐射是云体和地表发射辐射的总和， 由此推算的云顶温度比实际的要暖，估算的云顶 高度比实际的要低。（例子：P203图5-3）
阳辐射又与太阳高度角有关。
在可见光云图上物像的色调与其 本身的反照率和太阳高度角有关
(1)反照率对可见光云图上色调的影响？
在一定的太阳高度角下，卫星接收到的辐射仅决 定于物体的双向反射率（P102-103，地表的反射， 即入射和反射的角度不同），如果将地面看成朗 伯面，则卫星接收的辐射仅取决于物体的反照率， 物体的反照率越大，它的色调越白；反照率越小， 色调越暗。
E
A
B
M
E
A
B
M
A: 渤海；B：黄土高原和内蒙古的毛乌素沙地；C：我国东北地区冷涡云系；D：热带地区菲律宾； 中国大陆南方和太平洋上冷锋云系，在IR上亮度不均匀，Fb和Fc处暗，中低云；E和Fa处与VIS一样白 亮，说明该处云系垂直发展旺盛，天气强烈。显示了红外云图垂直分辨率高的优点。
1974年3月30日8:30 NOAA-4的可见光（a）和红外（b）图像
卫星云图是气象卫星最易最早进行的观测 项目之一，也是最早在气象业务发挥作用 的卫星资料。
卫星气象学-概论 课件
CH9
CH5 CH10
FY-1携带仪器
• （1）可见光和红外扫描辐射计 • （2）空间环境探测器
•
FY-1A,1B 5 通道
•
FY-1C,1D 10 通道
FY-3 携带仪器
• (1） 可见光和红外扫描辐射计 • （2） 红外分光计 • （3） 微波温度计 • （4） 微波湿度计 • （5） 微波成像仪 • （6） 中分辨率光谱成像仪 • （7） 紫外臭氧垂直探测仪 • （8） 紫外臭氧总量探测仪 • （9） 地球辐射探测仪 • （10）太阳辐射监测仪 • （11）空间环境探测器
②俄罗斯的“流星”号气象卫星系列； 俄罗斯“流星-I”气象卫星
③日本GMS地球同步轨道业务气象卫星系列；
日本GMS气象卫星
日本MASAT气象卫星
④欧洲空间局的Meteosat地球同步轨道业务 气象卫星系列；
欧洲METOP气象卫星
欧洲MSG气象卫星
⑤印度INSAT地球同步轨道业务气象卫星系列； 印度INSAT 3C 卫星
⑥中国的“风云” 气象卫星系列 1988年9月7日、l990年9月3日和l999年5月10 日，先后发射了第l颗、第2颗和第3颗“风云”l 号太阳同步轨道气象卫星；
风云1号气象卫星
风云一号卫星
风云一号卫星图像仪的观测通道
CH1 CH6
CH2
CH3
CH4
风云一号卫星图像仪的观测通道
CH7
CH8
六、遥感探测的特点
• ①在固定轨道上对地球大气进行观测
• ②实现全球和大范围观测
• •
③如一在幅空L间an自dsa上t图向像下，观覆测盖面积185 km×185 km， ④在所5取采~得6用m的遥in数内感据可探可完测进成行方扫大式描面，积实资现源对和地环的境大调面查积，同步观测。
第五章 卫星图像的分析基础 (NXPowerLite)
a）在红外云图的两边部分较明显，因为辐射路径的 增长使得吸收气体含量加大，从而吸收增加；
b）在热带地区大气水汽含量大，吸收也强；
大阳辐射决定于入射到目标物上的太阳辐射，及目标物的
反照率。入射至目标物的太阳辐射又与太阳高度角有关。
因此，在可见光云图上物像的色调与其本身的反照率和太阳 高度角有关。下面对此进一步说明。
(1)反照率对可见光云图上色调的影响
从上式可以看到，在一定的太阳高度角下，卫星接收到的辐射仅决 定于物体的双向反射率（P99-100，即入射和反射的角度不同），如果 将地面看成朗伯面，则卫星接收的辐射仅取决于物体的反照率，物体的
（3）大气吸收对估算云顶温度和地面温度的影响。
在10.5-12.5μm大气窗通道内，存在有少量的CO2 和H2O对地面、云面发射的红外辐射的少量吸收，它们又 以自身的温度再发射红外辐射，但这些发射体的温度比 原先发射的红外辐射的物体温度要低，从而使得卫星观 测到的辐射比实际的要小，尤其在以下三种情况：
反照率越大，它的色调越白；反照率越小，色调越暗。 ；
表5．1给出了各种云和地面目标物体的反照率，从表中 可以看出：
①水面的反照率最低，厚的积雨云最大；
②积雪与云的反照率十分接近，所以仅从可见光云图上的色调难以区 别云和积雪；
③薄卷云与晴天积云、沙地的反照率也很接近，也不易区别它们。
(2)太阳高度角对可见光云图上色调的影响
2） 红外云图上水面与陆地色调的变化
在冬（暗），但在夏季，尤其在白天，陆地温 度高于海面温度，因此海面色调比陆地要（白）。如果陆 地与水面的温度相近，则它们的色调相近，水陆界线不分 明。
3) 使用红外云图需要注意的事项
(1)在夜间很难观测到低云和雾，因为低云和雾的 温度与地表温度十分接近； (2) 对于超过几百米厚而密实的云层，卫星测量的辐 射主要来自云面，由此可以直接估算云顶温度或高 度。但对薄云或未能充满视场的云单体，卫星测量 的辐射是云体和地表发射辐射的总和，由此推算的 云顶温度比实际的要暖，估算的云顶高度比实际的 要低。（例子：P203图5-3）
b）在热带地区大气水汽含量大，吸收也强；
大阳辐射决定于入射到目标物上的太阳辐射，及目标物的
反照率。入射至目标物的太阳辐射又与太阳高度角有关。
因此，在可见光云图上物像的色调与其本身的反照率和太阳 高度角有关。下面对此进一步说明。
(1)反照率对可见光云图上色调的影响
从上式可以看到，在一定的太阳高度角下，卫星接收到的辐射仅决 定于物体的双向反射率（P99-100，即入射和反射的角度不同），如果 将地面看成朗伯面，则卫星接收的辐射仅取决于物体的反照率，物体的
（3）大气吸收对估算云顶温度和地面温度的影响。
在10.5-12.5μm大气窗通道内，存在有少量的CO2 和H2O对地面、云面发射的红外辐射的少量吸收，它们又 以自身的温度再发射红外辐射，但这些发射体的温度比 原先发射的红外辐射的物体温度要低，从而使得卫星观 测到的辐射比实际的要小，尤其在以下三种情况：
反照率越大，它的色调越白；反照率越小，色调越暗。 ；
表5．1给出了各种云和地面目标物体的反照率，从表中 可以看出：
①水面的反照率最低，厚的积雨云最大；
②积雪与云的反照率十分接近，所以仅从可见光云图上的色调难以区 别云和积雪；
③薄卷云与晴天积云、沙地的反照率也很接近，也不易区别它们。
(2)太阳高度角对可见光云图上色调的影响
2） 红外云图上水面与陆地色调的变化
在冬（暗），但在夏季，尤其在白天，陆地温 度高于海面温度，因此海面色调比陆地要（白）。如果陆 地与水面的温度相近，则它们的色调相近，水陆界线不分 明。
3) 使用红外云图需要注意的事项
(1)在夜间很难观测到低云和雾，因为低云和雾的 温度与地表温度十分接近； (2) 对于超过几百米厚而密实的云层，卫星测量的辐 射主要来自云面，由此可以直接估算云顶温度或高 度。但对薄云或未能充满视场的云单体，卫星测量 的辐射是云体和地表发射辐射的总和，由此推算的 云顶温度比实际的要暖，估算的云顶高度比实际的 要低。（例子：P203图5-3）
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5、微波（MV）图像，即地气系统在微波段（1mm~10cm; 3~300GHz）发射及散射辐射的图像，微波的频率范围较宽， 常用的有19、22、37、85GHz等频率的水平和垂直极化通 道，业务上常用的微波图像大多是由多通道组合反演得到的 产品图像
卫星云图分析的主要内容有：
1) 区分不同通道的云图，即是可见光还是红外云图？
27
表5.1是各种云和地面目标物体的反照率，
可见：
①水面的反照率最低，厚的积雨云最大； ②积雪与云的反照率十分接近，所以仅从可见 光云图上的色调难以区别云和积雪； ③薄卷云与晴天积云、沙地的反照率也很接近， 也不易区别它们。
太阳耀斑区
水体反照率小在云图 上呈黑色。但是，如果太 阳光从水面单向反射到卫 星仪器内，在可见光云图 上会出现一片色调较浅的 区域，或是小而明亮的区， 这些区称做太阳耀斑区； 它表明水面有微波或水面 平静。
可见光图像的黑白程度表示地球和大气中各种云对可 见的太阳光的反射辐射强度（主要决定于物体的反射 率），故其观测原理与照相原理相似。
较黑色调代表低亮度（低反照率辐射强度）
较亮色调……
L
L ()
E ()sun
其中Eλ（∞）是入射大气顶的辐射，通常可以当作定值， ρL（λ）地面反照率，μsun是太阳天顶角的余弦。
太阳高度角对可见光云图上色调的影响
太阳高度角对可见光云图上色调的影响
太阳高度角对可见光云图上色调的影响
太阳高度角对可见光云图上色调的影响
青海湖
L
CR A
D T
1975年8月14日9：00（UTC）的可见光图像
可见光云图解释中存在的问题
1 区分云与地面雪盖：都较为白亮，容易混淆
…因此关于地表状况的地理知识在云图解释中极其重要。 山脉上覆盖的积雪在黑色无雪的山谷衬托下表现出白色 和树枝状。另外，与云不同，地面雪盖是准静止的，利 用动画显示的图像可以区分
第五章 卫星图像的分析基础
本章主要内容：
1、卫星图像的基本特征 2、卫星云图识别云的六个判据 3、卫星云图上各类云的特征 4、地表特征分析
掌握重点：
卫星云图识别云的六个判据，卷状云、积状云、 低云（层积云、层云）和雾的云图特征
第一节 卫星图像的基本特征
卫星资料有两大类： 1）图像资料：如卫星云图、水汽图等； 2）探测资料，为定量数字资料，如大气垂 直的温度等。
(2)太阳高度角对可见光云图上色调的影响 ？
太阳高度角决定了卫星观测地面时的照明条件，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。即目标物的色调还与每天卫星观测的时刻 和季节有关，如在北半球冬季中高纬度地区，太阳高度角 很低，照明差，图片色调十分灰暗。又如卫星在早晨或傍 晚观测，太阳高度角也很低，图片色调也很暗。对于同— 图片上的各个点的太阳高度角也不同，如是上午的云图， 图片右半侧(东面一侧)的太阳高度角较高，色调明亮，而 左半侧，太阳高度角低，色调较暗。
反之也可以根据这一特点判断云图的观测时刻，是否是可 见光云图。
对于静止卫星中午的云图，整个观测区的光照条件较好， 物像间的反差明显，图片明亮。
日 变 化 FY 88.9.6.22：08 VIS
太阳高度角对可见光云图上色调的影响
半边亮半边暗
太阳高度角对可见光云图上色调的影响
太阳高度角对可见光云图上色调的影响
卫星观测到的辐射率可以近似认为与地面的反照率和太阳 的天顶角余弦成正比。
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。
在可见光云图上，物像的色调决定于反射太阳辐射 的强度。而卫星接收到的反射大阳辐射决定于入射到目
标物上的太阳辐射和目标物的反照率。入射至目标物的太
阳辐射又与太阳高度角有关。
在可见光云图上物像的色调与其 本身的反照率和太阳高度角有关
(1)反照率对可见光云图上色调的影响？
在一定的太阳高度角下，卫星接收到的辐射仅决 定于物体的双向反射率（P102-103，地表的反射， 即入射和反射的角度不同），如果将地面看成朗 伯面，则卫星接收的辐射仅取决于物体的反照率， 物体的反照率越大，它的色调越白；反照率越小， 色调越暗。
2 小块云
当卫星的视场中充满了小而碎的积云时，辐射一部分来 自云的发射和散射，另一部分来自地表的……，如果云 块的分辨率比卫星辐射小，图像的色调将被平滑，而不 像一般情况下看到照率比较低，在可见光图像中不表现为很亮 的色调，人们也许会低估黑色地表上的云覆盖。薄云 也能把来自比它们更低的云或地表的光散射到卫星上， 于是图像就变成来自不同高度层光线的混合图像。因 此，在高反照率的地表沙漠之上的薄云看起来会非常 厚和亮，给人们带来错觉；而在低反射的洋面上薄云 看起来比较灰暗。
2) 把地和云区别开来，尤其是将云和雪区别开来；
3）识别不同种类的云，是中云还是高云?是积雨云还是 层状云等?它们有哪些相同之处?有哪些不同的地方?识 别不同类型的地表，是陆地还是水体?如果是积雪，是 新雪还是旧雪?等等；
4）分析大范围云的分布，及其对应的天气系统，根据 天气尺度云系特点确定天气系统发展的阶段，预告其未 来变化；
卫星云图是气象卫星最易最早进行的观测 项目之一，也是最早在气象业务发挥作用 的卫星资料。
卫星携带的成像仪在不同谱段测量 的辐射转换成不同色调的图像就得到卫 星图像，目前卫星图像有两种，一种是 卫星云图，它主要反映大气中云系分布； 另一种是水汽，其主要表示大气中水汽 分布。
业务上常用的卫星图像：
1、可见光（VIS）图像，即在可见光波段太阳光反射辐射 的图像（波长为0.5um左右）
2、红外（IR）图像，即地气系统在热红外波段发射辐射的 图像（波长为10~12um左右）
3、水汽（WV）图像，即水汽发射辐射的图像 （波长为 6~7um）
4、短红外（ 3.7um）图像，太阳和地气系统重叠区辐射的 图像
5）从卫星云图估算气象要素，如风、温度、湿度、大 气稳定度、垂直运动、涡度、云参数(云量、云顶温度 (高度)和光学特性)和降水等；
6)将卫星资料与常规天气资料、雷达等探测资料结合一 起，进行综合分析，为天气预报提供可靠的依据。
1、可见光云图的基本特点:
大气对于太阳辐射基本是透明的（窗区），卫星在空 间固定轨道上用成像仪对地球和大气进行扫描，观测 扫描点上可见光波段的太阳反射辐射强度，由于反射 辐射的强度不同而得到云和地表的分布图像，这就是 可见光图像。
卫星云图分析的主要内容有：
1) 区分不同通道的云图，即是可见光还是红外云图？
27
表5.1是各种云和地面目标物体的反照率，
可见：
①水面的反照率最低，厚的积雨云最大； ②积雪与云的反照率十分接近，所以仅从可见 光云图上的色调难以区别云和积雪； ③薄卷云与晴天积云、沙地的反照率也很接近， 也不易区别它们。
太阳耀斑区
水体反照率小在云图 上呈黑色。但是，如果太 阳光从水面单向反射到卫 星仪器内，在可见光云图 上会出现一片色调较浅的 区域，或是小而明亮的区， 这些区称做太阳耀斑区； 它表明水面有微波或水面 平静。
可见光图像的黑白程度表示地球和大气中各种云对可 见的太阳光的反射辐射强度（主要决定于物体的反射 率），故其观测原理与照相原理相似。
较黑色调代表低亮度（低反照率辐射强度）
较亮色调……
L
L ()
E ()sun
其中Eλ（∞）是入射大气顶的辐射，通常可以当作定值， ρL（λ）地面反照率，μsun是太阳天顶角的余弦。
太阳高度角对可见光云图上色调的影响
太阳高度角对可见光云图上色调的影响
太阳高度角对可见光云图上色调的影响
太阳高度角对可见光云图上色调的影响
青海湖
L
CR A
D T
1975年8月14日9：00（UTC）的可见光图像
可见光云图解释中存在的问题
1 区分云与地面雪盖：都较为白亮，容易混淆
…因此关于地表状况的地理知识在云图解释中极其重要。 山脉上覆盖的积雪在黑色无雪的山谷衬托下表现出白色 和树枝状。另外，与云不同，地面雪盖是准静止的，利 用动画显示的图像可以区分
第五章 卫星图像的分析基础
本章主要内容：
1、卫星图像的基本特征 2、卫星云图识别云的六个判据 3、卫星云图上各类云的特征 4、地表特征分析
掌握重点：
卫星云图识别云的六个判据，卷状云、积状云、 低云（层积云、层云）和雾的云图特征
第一节 卫星图像的基本特征
卫星资料有两大类： 1）图像资料：如卫星云图、水汽图等； 2）探测资料，为定量数字资料，如大气垂 直的温度等。
(2)太阳高度角对可见光云图上色调的影响 ？
太阳高度角决定了卫星观测地面时的照明条件，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。即目标物的色调还与每天卫星观测的时刻 和季节有关，如在北半球冬季中高纬度地区，太阳高度角 很低，照明差，图片色调十分灰暗。又如卫星在早晨或傍 晚观测，太阳高度角也很低，图片色调也很暗。对于同— 图片上的各个点的太阳高度角也不同，如是上午的云图， 图片右半侧(东面一侧)的太阳高度角较高，色调明亮，而 左半侧，太阳高度角低，色调较暗。
反之也可以根据这一特点判断云图的观测时刻，是否是可 见光云图。
对于静止卫星中午的云图，整个观测区的光照条件较好， 物像间的反差明显，图片明亮。
日 变 化 FY 88.9.6.22：08 VIS
太阳高度角对可见光云图上色调的影响
半边亮半边暗
太阳高度角对可见光云图上色调的影响
太阳高度角对可见光云图上色调的影响
卫星观测到的辐射率可以近似认为与地面的反照率和太阳 的天顶角余弦成正比。
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。
在可见光云图上，物像的色调决定于反射太阳辐射 的强度。而卫星接收到的反射大阳辐射决定于入射到目
标物上的太阳辐射和目标物的反照率。入射至目标物的太
阳辐射又与太阳高度角有关。
在可见光云图上物像的色调与其 本身的反照率和太阳高度角有关
(1)反照率对可见光云图上色调的影响？
在一定的太阳高度角下，卫星接收到的辐射仅决 定于物体的双向反射率（P102-103，地表的反射， 即入射和反射的角度不同），如果将地面看成朗 伯面，则卫星接收的辐射仅取决于物体的反照率， 物体的反照率越大，它的色调越白；反照率越小， 色调越暗。
2 小块云
当卫星的视场中充满了小而碎的积云时，辐射一部分来 自云的发射和散射，另一部分来自地表的……，如果云 块的分辨率比卫星辐射小，图像的色调将被平滑，而不 像一般情况下看到照率比较低，在可见光图像中不表现为很亮 的色调，人们也许会低估黑色地表上的云覆盖。薄云 也能把来自比它们更低的云或地表的光散射到卫星上， 于是图像就变成来自不同高度层光线的混合图像。因 此，在高反照率的地表沙漠之上的薄云看起来会非常 厚和亮，给人们带来错觉；而在低反射的洋面上薄云 看起来比较灰暗。
2) 把地和云区别开来，尤其是将云和雪区别开来；
3）识别不同种类的云，是中云还是高云?是积雨云还是 层状云等?它们有哪些相同之处?有哪些不同的地方?识 别不同类型的地表，是陆地还是水体?如果是积雪，是 新雪还是旧雪?等等；
4）分析大范围云的分布，及其对应的天气系统，根据 天气尺度云系特点确定天气系统发展的阶段，预告其未 来变化；
卫星云图是气象卫星最易最早进行的观测 项目之一，也是最早在气象业务发挥作用 的卫星资料。
卫星携带的成像仪在不同谱段测量 的辐射转换成不同色调的图像就得到卫 星图像，目前卫星图像有两种，一种是 卫星云图，它主要反映大气中云系分布； 另一种是水汽，其主要表示大气中水汽 分布。
业务上常用的卫星图像：
1、可见光（VIS）图像，即在可见光波段太阳光反射辐射 的图像（波长为0.5um左右）
2、红外（IR）图像，即地气系统在热红外波段发射辐射的 图像（波长为10~12um左右）
3、水汽（WV）图像，即水汽发射辐射的图像 （波长为 6~7um）
4、短红外（ 3.7um）图像，太阳和地气系统重叠区辐射的 图像
5）从卫星云图估算气象要素，如风、温度、湿度、大 气稳定度、垂直运动、涡度、云参数(云量、云顶温度 (高度)和光学特性)和降水等；
6)将卫星资料与常规天气资料、雷达等探测资料结合一 起，进行综合分析，为天气预报提供可靠的依据。
1、可见光云图的基本特点:
大气对于太阳辐射基本是透明的（窗区），卫星在空 间固定轨道上用成像仪对地球和大气进行扫描，观测 扫描点上可见光波段的太阳反射辐射强度，由于反射 辐射的强度不同而得到云和地表的分布图像，这就是 可见光图像。