卫星气象学-1.1
卫星气象学讲义 第二章 卫星的运动和气象卫星
云图、云迹风、高垂直分辨率T、 P、Q廓线、云参数、OLR、SST、地表 特征、闪电分布
METEOSAT
MSG
主
自旋、3通道可见、
要
红外成像仪
自旋、12通道可 见红外成像仪
功 能
云图、云迹风、OLR、 SST、云参数
云图、云迹风、OLR、SST 云参数、地表特征
GOES 卫星
METEOSAT 卫星
第二章 卫星的运动和气象卫星
第一节 卫星的运动规律
一、卫星的运动方程
设想：① 地球、均质、理想球体，质心就是地心； ② 卫星—地球的距离≫卫星本身的大小，质点； ③ 卫星质量/地球质量，忽略卫星的质量； ➃ 忽略其它天体。
取地心为原点，地心指卫星近地点为极轴方向的平面极座 标系，根据引力定律可得到卫星在空间运动的方程组
面间的（升段）夹角。
升交点赤径（）：卫星由南半球飞
春分点 方向
往北半球那一段轨道称为轨道的升段；卫
星由北半球飞往南半球那一段轨道称为轨
道的降段；把轨道的升段与赤道的交点称
升交点。轨道的降段与赤道的交点称降交
点。升交点的位置用赤径表示。
偏心率（e）； 轨道半长轴（a）；
N’
D
r
A
B
倾角
F
轨道平面
NOAA-K 卫星
极轨业务气象卫星（续1）
发射国家
现状
未来发 展
中国
主 要 功 能
FY-1C、D
FY-3
10 通 道 可 见 光 、 红 外 扫 描 辐 射仪
可见红外线成像仪、高分辨 率红外分光计、微波成像仪、 微波辐射仪、、紫外臭氧探 测器、中分辨率成像光谱辐 射仪
卫星气象学气象卫星观测系统ppt课件
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)
风云四号卫星定量降水估计产品的检验评估
作者简介 钟宇璐（1996-），女，四川泸州人，主要从事气象卫星资料研究。 收稿日期 2020-12-15
96
农业灾害研究 2021，11（3）
该像元在本小时内的小时降水量；若只 有 1 个时次的降水量大于 0，则将该降 水量作为小时降水量；若所有时次的产 品数据均为 0，则该像元的小时降水量 为 0。这样处理后得到的“小时平均降水 量”最接近地面小时降水量的定义，即 1 h 内降落到水平面上，假定未经渗漏、 流失、蒸发，累积起来的水层深度。
以地面观测的降水量为基准，将小 时 降 水 量 分 为 4 个 等 级：小 雨 (0.1~2.4 mm)、中 雨 (2.5~7.9 mm)、大 雨 (8~15.9 mm)、暴雨 ( ≥ 16 mm)。分别统计 4 个降 水等级的平均偏差 MB、平均绝对误差 MAE、均方根误差 RMSE，评估降水产 品在每个雨量等级的对降水量值的估计 效果，及其对总体降水量估计的影响。
2018 年 5 月 14 日—2019 年 12 月 31 日的卫星产品和地面资料经时空匹配 后，共匹配上 3 971 个时次，2 167 个站 点，8605 157 个 样 本。图 1 是 以 2018 年 5 月 22 日 4：00 为 例，展 示 时 空 匹 配 的 结果，其中，图 1a 是按地面站点经纬度 显示的地面台站观测的小时降水量， 图 1b 是按卫星行列号换算的经纬度显 示的 AGRI level 2 业务降水估计产品经 上述处理后的“小时平均降水量”。图 1a 中，在西南地区有较集中的降水区域， 图 1b 显示卫星产品对该区域的降水落 区的估计基本正确，但周围有部分空报 区域，且卫星估计的降水量值偏大。图 1a 中，在东部有大片的降水区域，但图 1b 卫星未正确估计出这部分的降水落 区，存在漏报情况。
气象学课件--气团和锋面
锢囚锋
锋的分类示意图（4） 锢囚锋 (a) 冷式 (c) 中性 (b) 暖式
锋的分类示意图（5） 锢囚锋 典型的中纬度波动性气旋中冷式锢囚锋 形成过程的物理图像。
在图的上半部为波动性气旋中锢囚锋形成过程平面图，其下半部为经过平面 图中AB两点，跨越锋面的垂直剖面图。图a表示成熟性波动气旋，此时尚未 形成锢囚锋，冷锋继续向前运动，逐渐赶上暖锋；图 b表示部分锢囚性波动 气旋，此时在气旋的中心附近，出现锢囚锋；图 c表示锢囚性波动气旋，此 时出现比较成熟的锢囚锋。
3.1.3 风场特征
• 由于地面锋位于气压槽中，锋线附近的风场具有气旋性切变，而
地面摩擦作用可使这种气旋性切变更加明显。
• 锋面附近的风场气旋性切变包括风速切变和风向切变。在有些情
况下，风速切变要比风向切变明显，有时风向切变要比风速切变明 显，有些情况下两者都非常明显。 • 由于锋区的水平温度梯度要比其周围的水平温度梯度大，由热成风关系
大气的变量是连续的，而锋面被看成是具有明显梯度的区域，带状锋 模式正适合这种观点。 • 在带状锋模式中，锋面具有一定的水平宽度和垂直厚度，在锋面的
过渡带（锋区中的水平温度梯度要比锋区的两侧大得多，而水平温度 梯度的强烈变化发生在锋区与锋区外侧的冷空气团（或暖气团）边缘 的比较窄的区域里。
锋 面 云
Margules锋面坡度公式
基本假定： 1）锋面两侧冷暖空气的温差较小，即Tw-Tc «T*； 2）锋面是南北方向； 3）不考虑湍流影响，使锋面保持陡的不连续面。
基本公式： 1）地转运动方程 (p25) 2）静力平衡方程 (p25) 3）沿任意等温面的个别变化方程: δT= 0
地转运动
地转风 Geostrophic Wind
卫星气象学知识点汇总
卫星⽓象学知识点汇总10 级⼤⽓基地班⼀、名词解释《卫星⽓象学》习题集 (最终版)1.轨道⾯:根据理论⼒学，卫星在地球引⼒（有⼼⼒）作⽤下的运动为平⾯运动。
该平⾯称为轨道⾯，轨道⾯过地⼼。
2.轨道周期:指卫星绕地球运⾏⼀周的时间。
3.轨道数:指卫星从⼀升交点开始到以后任何⼀个升交点为⽌环绕地球运⾏⼀圈的轨道数⽬。
4.倾⾓:指⾚道平⾯与轨道平⾯间的（升段）夹⾓。
5.截距:连续两次升交点之间的经度差。
L=T*15 度/⼩时。
6.星下点:卫星与地球中⼼连线在地球表⾯的交点称为星下点。
7.升交点:轨道的升段与⾚道的交点称升交点。
(极轨卫星才会有升降交点)8.降交点:轨道的降段与⾚道的交点称降交点。
9.轨道摄动:由地球扁率、⼤⽓阻⼒和太阳⽉亮的引⼒等的影响，卫星轨道会偏离轨道平⾯,轨道参数会随时间缓慢变化，与卫星运动三定律得出的轨道总有偏离，这种偏离叫做卫星轨道的摄动。
10.卫星蚀:若太阳、地球和卫星在⼀条直线上时，⼈造卫星进⼊地球的阴影区，就出现卫星蚀。
11.电磁波谱:不同波长的电磁波有不同的物理特性，因此可以⽤波长来区分辐射，并给以不同的名称，称之为电磁波谱。
12.⽴体⾓ : 锥体所拦截的球⾯积σ与半径 r 的平⽅之⽐，单位为球⾯度 (sr:Steradians)， ? = σ。
r 213.辐射通量:辐射功率φ (或 Radiant Flux 辐射通量 W )是单位时间内通过任意表⾯的辐射能量，单位 J / S 。
14.辐射强度 I :点辐射源在某⽅向上单位⽴体⾓内传送的辐射通量。
I =λφ单位 ?ω为W ? sr ?1 ，如果点源是各向同性则 I = φ。
4π 15.辐照度:指投射到⼀表⾯上的辐射通量密度。
16.辐亮度 L(辐射率 ):是指⼀个辐射源在单位时间内通过垂直⾯元法线⽅向 n r 上这单位⾯积、单位⽴体⾓的辐射能，即 L (n r ) =3Q A t ω ?2φ = ?A ?ω = ?F ，单位为 ?ωW ? m -2 ? sr -1 .17.亮度温度(Tb):在给定波长处，如果物体的辐射亮度 L λ (T) 与温度为 T b 的⿊体辐射亮度相等，即 L λ (T) = B λ (T b ) 则称T b 为该物体的亮度温度。
南京信息工程大学卫星气象学
卫星气象学名词解释升交点：卫星由南半球飞往北半球那一段轨道称为升段，把轨道的升段与赤道的交点称为升交点。
降交点：卫星由北半球飞往南半球那一段轨道称为降段，把轨道的降段与赤道的交点称为降交点。
轨道面：根据理论力学，卫星在地球引力（有心力）作用下的运动为平面运动。
该平面称轨道面，轨道面过地心。
轨道倾角：指赤道平面与轨道平面间的（升段）夹角。
探测周期（T）：指卫星绕地球运行一圈的时间。
截距（L）:连续两次升交点之间的经度数。
（L=T*15度/小时）。
星下点：卫星与地球中心连线在地球表面的交点称为星下点。
轨道数：指卫星从一个升交点开始到下一个升交点为止环绕地球运行一圈的轨道序数。
遥感：在一定距离之外，不直接接触被测物体和有关物理现象，通过探测器接收来被测目标物发射或反射的电磁辐射信息，并对其处理、分类和识别的一项技术。
三大宇宙速度：①环绕速度：7.912km/s②逃逸速度：11.2km/s③卫星脱离太阳系进入银河系的最小速度：16.9km/s自旋稳定：若卫星绕自身对称轴以一定的角度旋转，在没有空气阻力的情况下卫星的角动量守恒，因而自转轴方向始终不变，这种卫星稳定的方式称为自旋稳定。
三轴定向稳定：卫星三个方向上始终保持稳定，取卫星的三个方向为轴并使其保持稳定：①俯仰轴：与卫星轨道平面垂直，控制卫星上下摆动②横滚轴：平行于轨道平面，且与轨道方向一致，控制卫星左右摆动③偏航轴：指向地球中心，控制位卫星沿轨道方向运行入轨速度：火箭将卫星送入轨道的瞬时速度。
黑体：某一物体在任何温度下，对任意方向和任意波长的吸收率或发射率都等于1。
即α（λ）恒等于1.灰体：物体的吸收率与波长无关，且为小于一的常数。
选择性辐射体：物体的吸收率随波长而变化，即a=a（λ）。
辐射能Q：指电磁辐射所携带的能量，或物体发射的全部能量，其单位为J（焦耳）。
辐射通量φ：指单位时间内通过某一表面的辐射能。
辐射强度I：指对于点辐射源在某一方向上单位立体角内的辐射通量。
《卫星气象学》第3章-2
2 S0 rearth S0 Q 2 4 rearth 4
3
地球截获的太阳辐射
大气顶处的太阳辐射
地球轨道偏心率平均为 0.017，变化很小；日地平均距离的平方对其平均值的变化为 3.3%。考虑这些因素，达到大气顶的辐射通量密度可表示为：
F S0
被地表反射的太阳辐射与物体的反照率和太阳高度角有关
20
①
地面反照率（地面及其覆盖物）
物体的反照率随波长、地面颜色、干湿度、粗糙度而变。
21
因子 裸地 土壤粒子
土壤水分
影响 土壤粒子的减小会导致地面反照率的增大
一般来讲，湿度增加，反照率减小；当湿度达到一定 值时，反照率将缓慢减小；当土壤达到吸湿极限时， 反照率几乎不变。 谱段（可见光谱段、近红外谱段及中红外区）不同， 反照率也有明显的不同 积雪的反照率在可见光波段（0.6~0.7μm）接近100%， 大约从0.8μm开始直到红外波段（1.5~2.0μm）降到几乎 0。 新的雪要比陈的雪有更大的反照率。因此在其他条件 相同的情况下，可以由积雪的亮度估算积雪的时间。 对于深度小于20cm的积雪，地表降低雪的反照率，雪 越薄越明显。可利用该点区别积雪区的深度。
加热作用 吸收紫外线转化为热能加热大气
温室气体的作用 对流层上部和平流层底部，臭氧减少会产生地面 气温下降的动力
15
南极臭氧层空洞： 1985年，英国南极考察队在60°S地区观测发现 臭氧层空洞，引起世界各国极大关注 。 1986年，美国宇航局（NASA）观测到南极臭 氧层空洞。 破环机理： 极地平流层云（PSCs）对南极臭氧层空洞的形成是至关重要的。 南极特殊的环境（高山）和气候状况，造成了南极冬季的极地旋涡， 极地旋涡内的持续低温使凝结的水蒸气和 HNO3滞留形成 PSCs，使 得ClONO2和HCl等物质（氟氯烃）不断积聚其中。当春季来临(9月
卫星气象整理
182第一章年4月1日，TIROS卫星升空，开创了人造卫星应用于气象的新纪元。
2.什么是气象卫星，气象卫星用以什么目的气象卫星: 人造星体，在宇宙空间、确定的轨道上飞行，携带着各种气象探测仪器，以对地球及其大气和海洋进行气象观测为目的，测量诸如温度、湿度、风、云、辐射等气象要素和降雨、冰雹、台风、雷电等天气现象。
3卫星气象遥感探测的特点在空间固定轨道上运行自上而下进行观测全球和大范围的观测使用新的探测技术（遥感探测）提供丰富的观测资料，受益面广（气象+其他领域）4.遥感探测概念在一定距离之外，不直接接触被测物体和有关物理现象，通过探测器接收来自被测目标物发射或反射的电磁辐射信息，并对其处理、分类和识别的一种技术。
分类按工作方式分为：被动遥感和主动遥感；按波段分为：紫外遥感、可见光遥感、红外遥感和微波遥感；按对象分为：大气遥感、海洋遥感、农业遥感和地质地理遥感等。
设备传感器，运载工具，接收系统内容各类物体的辐射波谱特性及传输规律的研究；遥感信息获取手段的研究；遥感信息的处理与分析判读技术的研究。
气象卫星资料直接在天气预报、大气科学研究中的应用。
（气象气象学内容）5.气象卫星的种类按轨道划分：近极地太阳同步轨道卫星倾角90度地球同步轨道卫星倾角为0度非同步轨道卫星倾角在90到0之间按功能划分：试验气象卫星业务气象卫星6.现有和未来静止业务气象卫星（了解）中国：FY－2C/D/E（105°E, °E,…）（后续FY-2F, 未来FY－4）美国：GOES –E/GOES-W(135°W , 70°W )(未来GOES-R)欧洲：METEOSAT-5/7, MSG（63°E, 0°E）(未来MTG)日本：MTSAT-1R/2R（140°E）三轴稳定俄罗斯 ：GOMS (76°E ) 印度：INSAT （83°E ）7.中国的气象卫星的命名：极轨气象卫星－风云奇数号 地球静止气象卫星－风云偶数号第二章1.卫星运动三定律（1）卫星运行的轨道是一圆锥截线（圆、椭圆、抛物线、双曲线），地球位于其中的一个焦点上;（2）卫星的矢径在相等时间内扫过的面积相等（即面积速度为常数）; （3）卫星轨道周期的平方与轨道的半长轴的立方成正比 2.卫星在椭圆轨道上的总能量为：W （总能量）=（m 2v ）/2（动能）– μm/r （势能） = –μm/2a 因此，卫星在轨道上的运行速度为2v = μ（ 2/r – 1/a ） —— 卫星活力公式 3. 卫星运行周期椭圆轨道: 2T = 4μπ/32a圆轨道: 2T = 42π(R+H)3/μ轨道越高，速度越小，周期越长4.（1）轨道倾角：指赤道平面与轨道平面间的（升段）夹角。
(完整版)兰州大学《卫星气象学》第4章-美国气象卫星观测系统-3-CALIPSO+Cloudsat
分类：按运载平台分为：地基固定式激光雷达、车载激光雷达、机载激光 雷达、船载激光雷达、星载激光雷达、弹载激光雷达和手持式激光雷达等。 相对于全球观测，地基、车载以及机载激光雷达等观测范围都有限，只能 在较小的区域内进行观测。而星载激光雷达则可以实现全球观测，尤其在 海洋、南北极、沙漠等传统激光雷达难以观测的地区。
Wavelength Spectral bandwidth IFOV / Swath
645 nm 50 nm 125 m / 61 km
Imaging Infrared Radiometer (IIR)
Lidar Transmitter
Imaging Infrared Radiometer
Wavelength Spectral resolution IFOV / Swath NETD @ 210K Calibration
IR
rad1io0m503em2te/r1a3n0drad
VerticalWreFsCo:lWutiodne-Field Came3r0a - 60 m
Horizontal resolution
333 m
Lin. dynamic range
22 bits
Wide-Field Camera (WFC)
WavTehlreenegctoh-aligned instr5um32enntms:, 1064 nm
Repetition rate
20.16 Hz
ReceiveCrAtLeIlOesPc: oppoelarizatio1n.0lidmardiameter
Polarization FootprinIItR/F: OImVaging
卫星气象学课件：卫星资料估计风
云中部
2.0 1.0 5
云顶
2.8 1.1
对于示踪云与时间分辨率的关系问题，必须选取示踪云寿命期大于 时序图的时间间隔，否则就无法跟踪示踪云的移动。
在选取示踪云时，必须避免选取以下几种云：①处于发展阶段或消
散阶段的云；②均匀的云；③山脉背风一侧的波状云等。经验指出，通 常选取与天气尺度有关的云作为示踪云。在估计低空风时，挑选由浓积 云、积云组成的积云群为示踪云；而估计高空风时，常使用变化缓慢的 卷云作为示踪云。
一、云迹或耙云的选择
在静止卫星云图上,并非所有的云都能作为示踪云或云迹,有些云的移动与 风之间有较好的关系,而有些云与风无关,在选择示踪云时需要考虑其移动与 风之间的关系。表9.2和表9.3给出了积云、卷云与风场之间的关系。可以 看 出，积云与低空 风场间的关系较好。
平均 标准差 例数
表9.2 积云与风场之间的关系
二、自动法 由自动法选取示踪云是通过计算机处理实现的。该方法先按一定的经、
纬度划分成若干区域，然后求取各区域内像点按亮度分布的直方图，再由 直方图定出示踪云，如在NESS的自动选择示踪低云过程中，按2.5 ° × 2.5 °划分为32 × 32 个像点的正方形区域,并作直方图,把低于700hpa 高度 的温度值数据消去，高于700hpa的数据为低云。在ESA，采取可见光红外双 光谱资料制作二维直方图，选取踪云。
二、云风的计算
• 由静止卫星云图计算风也分手工法和自动法两种。手工法计算风是把间隔为
半小时的云图制成环形胶卷，然后在一固定的屏幕上投影，则可得一云移动 矢量。这种方法效率低、速度慢。现已为自动法代替。自动法计算风一胶采 用二张间隔为半小时的云图，先在tl时刻的第一张云图上选取包含示踪云的数 据样品阵列，然后在另一张云图上选取相应较大区域的数据样品平移阵列， 计算这两组数据的相关系数：
兰州大学《卫星气象学》第4章-美国气象卫星观测系统-1-A-Train讲解
A-Train卫星编队成员
卫星名称 Aqua CloudSat CALIPSO PARASOL 卫星发射目的的摘要 地球水循环 云垂直结构及其光学物理特性 云和气溶胶的垂直结构及相互作用 气溶胶，云的辐射及微物理特性 卫星搭载的主要仪器 MODIS,CERES,AMSR-E, AIRS,AMSU-A,HSB CPR CALIOP,IIR,WFC POLDER
《卫星气象学》电子课件（第一版）
20
Aura卫星上搭载以下4台仪器：
高分辨率动态临边探测器HIRDLS（High Resolution Dynamics Limb Sounder） 对流层发射光谱辐射计TES（Tropospheric Emission Spectrometer）
微波临边探测器 MLS（Microwave Limb Sounder） 臭氧监测仪OMI（ Ozone Monitoring Instrument）
Aura
OCO
空气质量，平流层臭氧和气候变化
二氧化碳浓度
HIRDLS,MLS,OMI
3个近红外光栅分光计
《卫星气象学》电子课件（第一版）
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A-Train卫星编队特点
A-Train卫星编队是目前世界上最大的卫星编队，由美国 宇航局和法国空间研究中心合作完成。 卫星的轨道高度都为705km，倾角是98o。均在当地时间 每天下午l:30左右通过赤道，故称为“下午卫星编队 (Afternoon-Train)。 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。
《卫星气象学》电子课件（第一版）
雷达与卫星气象学
雷达与卫星气象学第一部分第一章一、我国天气雷达的频率范围1．S波段天气雷达的频率范围在2700MHz-2900MHz；C波段天气雷达的频率范围在5300MHz-5500MHz；X波段天气雷达的频率范围在8000MHz-12500MHz；2．CINRAD-SA\CINRAD-SB\CINRAD-CB分别属于哪个波段。
二、天气雷达原理及组成：1．常规天气雷达：天气雷达间歇性地向空中发射电磁波（称为脉冲式电磁波），它以近于直线的路径和接近光波的速度在大气中传播，在传播的路径上，若遇到了气象目标物，脉冲电磁波被气象目标物散射，其中散射返回雷达的电磁波（称为回波信号，也称为后向散射），在荧光屏上显示出气象目标的空间位置等的特征。
2．多普勒天气雷达：当雷达发射一固定频率的脉冲波对空扫描时，如遇到活动目标，回波的频率与发射波的频率出现频率差，称为多普勒频率。
根据多普勒频率的大小，可测出目标对雷达的径向相对运动速度；根据发射脉冲和接收的时间差，可以测出目标的距离。
同时用频率过滤方法检测目标的多普勒频率谱线，滤除干扰杂波的谱线，可使雷达从强杂波中分辨出目标信号。
所以脉冲多普勒雷达比普通雷达的抗杂波干扰能力强，能探测出隐蔽在背景中的活动目标。
3．天气雷达组成：主要由天线、馈线、伺服、发射机、接收机、信号处理、产品生成、显示终端等组成。
天线：发射/接收电磁波；馈线：传导电磁波；伺服：天线等的运转；发射机：产生电磁波；接收机：接收处理电磁波信号处理：处理回波信息；产品生成：根据算法，生成应用产品/控制雷达；显示终端：显示产品、控制雷达4．新一代天气雷达的基本结构：主要由三大系统组成：RDA—雷达数据采集子系统；RPG—雷达产品生成子系统；PUP—主用户终端子系统。
5．RDA主要结构：天伺系统、发射机、接收机、信号处理；主要功能是产生和发射射频脉冲，接收目标物对这些脉冲的散射能量，并通过数字化形成基本数据——反射率因子、平均径向速度和径向速度谱宽。
卫星气象学基本知识课件
称V2为第二宇宙速度，又称逃逸速度。 V2为第二宇宙速度，又称逃逸速度。 为第二宇宙速度 如果卫星的离心力大于太阳引力则卫星脱离太阳系进入银河系， 如果卫星的离心力大于太阳引力则卫星脱离太阳系进入银河系，其 速度为 V3=16.9千米/ V3=16.9千米/秒 千米 为第三宇宙速度。 为第三宇宙速度。
2、气象卫星的轨道 （ 1）、近极地太阳同步卫星轨道 所谓太阳同步轨道是指卫星的轨道平商和太阳始终保持相对 固定的取向。由于这种轨道的倾角接近90 90° 固定的取向。由于这种轨道的倾角接近90°，卫星要在极地附近通 所以又称它为近极地太阳同步卫星轨道，有时简称极地轨道。 过，所以又称它为近极地太阳同步卫星轨道，有时简称极地轨道。
卫星在某高度作圆轨道运动，除速度必须等于环绕速度外，而且要 卫星在某高度作圆轨道运动，除速度必须等于环绕速度外， 求入轨速度方向必须与地面平行。 求入轨速度方向必须与地面平行。如果卫星速度大于或小于环绕速 和入轨速度虽等于环绕速度， 度，和入轨速度虽等于环绕速度，但入轨方向与地面有一定交角时 卫星将作椭圆运动，而不是圆轨道运动。 ，卫星将作椭圆运动，而不是圆轨道运动。 2、作椭圆轨道运动需要的条件 如果卫星入轨速度进一步加大， 如果卫星入轨速度进一步加大，其离心力加大到使卫星脱离地 球引力场， 球引力场，即 a → ∞，则由活力公式得
第二章 气象卫星基本知识 §2.1 气象卫星的轨道 §2.2 轨道参数和卫星轨道 §2.3 气象卫星的发射 § 2.4 气象卫星系统
§2.1
气象卫星的轨道
一、卫星运动三定律： 卫星运动三定律： 第一，卫星运行的轨道是一圆锥截线（ 第一，卫星运行的轨道是一圆锥截线（圆锥被一平面所截出的曲 可以是圆、椭圆、抛物线） 地球位于其中的一个焦点上。 线，可以是圆、椭圆、抛物线），地球位于其中的一个焦点上。 第二，卫星的向径（卫星与地心连线）在相等的时间内， 第二，卫星的向径（卫星与地心连线）在相等的时间内，在地球 周围扫过的面积相等。 周围扫过的面积相等。 第三，卫星轨道周期的平方与轨道半长轴的立方成正比。 第三，卫星轨道周期的平方与轨道半长轴的立方成正比。 （1）对于第一定律，卫星运动轨道是一圆锥截线，其表示 对于第一定律，卫星运动轨道是一圆锥截线， 式为： 式为： r=P/（1+ecosθ） r=P/（ +ecosθ 式中e c/a是偏心率 是偏心率， 是半长轴， 是焦距， +ecosθ） 式中e ＝c/a是偏心率 ，a 是半长轴 ，C 是焦距， P ＝ r （ 1+ecosθ ） 是半通径，θ是矢径r与半长轴a的夹角。可见偏心率是决定轨道形 是半通径， 是矢径r与半长轴a的夹角。 状的主要参数。 状的主要参数。
民用航空气象地面观测规范第15章 卫星云图的基本知识
第十五章卫星云图的基本知识第一节极地轨道气象卫星与静止气象卫星一、气象卫星的概况按照气象卫星的轨道倾角可以将卫星轨道分为前进轨道、后退轨道、赤道轨道和极地轨道四种。
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。
它绕地球极地轨道运行而与太阳同步，运行高度一般在1000千米左右，运行周期约两小时。
由于太阳同步卫星的轨道近于圆形，轨道的预告、资料的接收定位处理十分方便；太阳同步轨道卫星可以观测全球，尤其是可以观测到极地地区；在观测时有合适的照明，可以得到稳定的太阳能，保障卫星正常工作。
虽然太阳同步卫星可以获取全球资料，但是时间分辨率低；相临两条轨道的观测资料不是同一时刻的，需要进行同化。
静止气象卫星是指地球同步轨道气象卫星。
它在地球赤道上空静止轨道运行，与地球处于相对静止状态。
静止气象卫星的高度高，视野广阔，运行高度约35860千米，每隔30分钟或1小时，就可对大气层完成一次近1亿7千万平方千米面积的观测；可以监视天气云系的连续变化，特别是生命史短、变化快的中小尺度灾害性天气系统。
静止气象卫星的缺点是不能观测南北极区，同时对卫星观测仪器的要求高。
1988年9月7日我国发射了第一颗近极地太阳同步轨道气象卫星，命名为FY-1A。
2002年5月15日发射了第四颗近极地太阳同步轨道卫星，命名为FY-1D。
1997年6月10日我国发射了第一颗静止气象卫星，命名为FY-2A。
2004年10月19日，我国成功发射了第三颗静止气象卫星，命名为FY-2C。
二、卫星探测的特点（一）气象卫星在固定轨道上对地球大气进行观测气象卫星一旦进入轨道，便只能在固定的轨道上观测地球大气。
当卫星选用一定的轨道，则观测范围和区域就一定，所以对于一定的观测目的，轨道的选择是十分重要的。
（二）气象卫星可实现全球和大范围观测气象卫星在离地面几百千米到几万千米的宇宙空间，它不受国界和地理条件的限制，可对地球大气进行大范围的观测。
卫星气象学期末复习重点
卫星气象学期末复习重点 Jenny was compiled in January 2021倾角：这是指卫星轨道平面与赤道平面之间的夹角，单位度。
轨道周期：指卫星绕地球运行一周的时间。
星下点：指卫星与地球中心的连线在地球表面上的交点，用地理坐标的经纬度表示。
太阳同步卫星轨道：卫星的轨道平面与太阳始终保持固定的取向。
由于这一种卫星轨道的倾角接近900，卫星近乎通过极地，所以又称它为近极地太阳同步卫星轨道，有时简称极地轨道。
为保持卫星的轨道平面始终与太阳保持固定的取向，必须使卫星的轨道平面每天自西向东旋转10（相对于太阳）。
截距：由于卫星绕地球公转的同时，地球不停地自西向东旋转，所以当卫星绕地球转一周后，地球相对卫星转过的度数，这个度数称之截距。
可见截距是两个升交点之间的经度差。
卫星的姿态：卫星的姿态是指卫星在空间相对于轨道平面、地球表面或任何坐标系的固定取向。
行星反照率:地球-大气系统的反照率称为行星反照率，它表示射入地球的太阳辐射被大气、云及地面反射回宇宙空间的总百分数。
亮度温度(Tb):在给定波长处，如果物体的辐射亮度Lλ(T)与温度为Tb的黑体辐射亮度相等，即Lλ(T)=Bλ(Tb)则称Tb为该物体的亮度温度。
亮度温度又称等效黑体温度或辐射温度。
空间分辨率：指卫星在某一时刻观测地球的最小面积。
相函数：综合方向上每单位立体角内的粒子散射能量与粒子所有方向平均的每单位立体角内的散射能量之比，记为p(θ)，θ为散射角。
云带:带状云系宽度大于一个纬距称做云带。
纹理:纹理是指云顶表面或其它物像表面光滑程度的判据。
涡旋云系: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。
色调：也称亮度或灰度，指卫星云图上物像的明暗程度。
结构形式：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。
单次反照率：表示在消光衰减中纯散射占的那部分。
表1可见光云图与红外云图的比较雹暴云团与暴雨云团的特点：雹暴云团特点:1.云团初生时表现为边界十分光滑的具有明显的长轴椭圆型，表明出现在强风垂直切变下，长轴与风垂直切变走向基本一致；在雹暴云团成熟时，云团的上风边界十分整齐光滑，下风边界出现长的卷云砧，拉长的卷云砧从活跃的风暴核的前部流出，强天气通常出现于云团西南方向的上风一侧，可见光云图上出现穿透云顶区(风暴核)，红外云图上有一个伴有下风方增暖的冷v型。
风云四号辐射成像仪及其数据在卫星气象中的应用
风云四号辐射成像仪及其数据在卫星气象中的应用王淦泉;沈霞【摘要】人类社会的发展与气象观测密不可分,通过气象卫星观测气象是气象预报的重要手段.气象卫星主要分为极轨气象卫星和静止气象卫星两类.辐射成像仪一般是各类气象卫星的核心载荷,用于获取目标不同光谱波段的辐射数据.卫星气象是指对气象卫星获取的辐射数据进行分析处理,利用分析结果进行气象和气候预报.本文重点介绍了中国最新研制发射的第二代地球静止气象卫星——风云四号辐射成像仪的性能和技术特点,并介绍了辐射成像仪数据产品在卫星气象中的应用.%The development of human society is inextricably linked with meteorology.Observation from meteorological satellite is an important means of meteorological forecasting.Meteorological satellite can be in polar orbits and geostationary orbit.Radiometer imager is typically the core payloads of meteorological satellite and makes use of the multi-spectra results to carry out meteorological and climate forecasts.This article focuses on the performance and technical characteristics of the China's newly developed and launched second-generation geostationary meteorological satellite FY-4 radiometer imager,and introducs the application of its data products in satellite meteorology.【期刊名称】《自然杂志》【年(卷),期】2018(040)001【总页数】11页(P1-11)【关键词】气象卫星;卫星气象;辐射成像仪;探测波段;气象产品【作者】王淦泉;沈霞【作者单位】中国科学院上海技术物理研究所红外探测与成像技术重点实验室,上海200083;中国科学院上海技术物理研究所红外探测与成像技术重点实验室,上海200083【正文语种】中文1 气象卫星和卫星气象[1]1.1 气象卫星气象卫星是专门用于气象观测的应用卫星。
卫星气象学复习题
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在观测时有适宜的照明，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，约占地球外表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〕缺乏是：①它不能观测南北极区。
②由于其离地球很远，假设要得到清楚的图片，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那么用越暗的色调表示，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，否那么越小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————12.5微米通道云图称长波红外云图。
卫星气象名词解释
卫星气象名词解释第一章1．气象卫星在卫星上携带有各种气象观测仪器，测量诸如大气温度、湿度、风、云等气象要素以及各种天气现象，这种专门用于气象目的的卫星称做气象卫星2．卫星气象学如何利用气象卫星探测各种气象要素，并将卫星探测到的资料如何应用于大气科学的一门学科3．遥感在一定距离之外，不直接接触被测物体和有关物理现象，通过探测器接收来自被测物体（目标物）反射或发射的电磁辐射信息，并对其进行处理、分类和识别的一种技术。
4．传感器；收集电磁辐射信息的装置5．运载工具装载传感器的设备（如卫星、飞机、火箭等）6．气象卫星遥感利用气象卫星对大气进行遥感探测7．卫星遥感探测技术组成部分（1）遥感信息的获取方法的研究，主要是研究在各个电磁波段的各类传感器的特性；（2）各类目标物的光谱特性和遥感信息传输规律的研究；（3）遥感数据的处理和分析判读技术的研究。
8．卫星气象的主要内容（1）研究大气目标物（各类吸收气体）、云和地表等的辐射光谱特性及电磁辐射在大气中传输规律。
（2）寻找从卫星探测和获取大气中主要气象要素和大气现象的理论和方法。
包括测量各种气象要素和推断目标物特性的最佳光谱段选取的研究，能满足气象观测要求的遥感仪器的最佳设计的研究，以及气象卫星资料反演方法的研究等；（3）气象卫星资料的接收、处理和分发、数据管理和存贮、质量控制；（4）气象卫星资料直接在天气预报、大气科学研究中的应用。
以及在其它有关领域中的使用。
9．主动遥感仪器接收由本身发射然后经被测物体反射回来的电磁辐射，再根据仪器接收到的反射电磁辐射特征来识别和推断目标物的特性。
1整个设备的体积大、重量重、消耗功率大，一般为地面遥感采用，如测雨雷达。
10被动遥感又称自然源遥感测量目标物自射发射的电磁辐射或反射自然源（如太阳辐射）发射的电磁辐射来推测目标物特性，有(人工)源遥感仪器的重量轻、体积小和耗能少；11．气象卫星探测特点一、气象卫星在固定轨道上对地球大气进行观测二、气象卫星实现全球和大范围观测三、在空间自上向下观测四、气象卫星采用遥感探测方式五、有利于新技术的发展的推广应用12．当前气象卫星可以提供以下有价值的资料：1、每日的可见光、红外和水汽等多谱段图象资料；2、大气垂直探测资料；3、微波探测资料；4、太阳质子、粒子资料等；13．导得以下气象和其它领域的各种参数和现象：1、云系的大范围分布和各类天气系统的位置、形成、发生发展等；灾害性天气的发生发展；2、云类、云量、云顶温度（云顶高度）、云的相态等；3、气溶胶、沙尘暴、吹沙、浮尘、冰雪覆盖等；4、陆面温度、植被分布、蒸散、土壤湿度、地面反照率等陆面参数；5、大气温度、湿度垂直分布，大气中水汽总量、臭氧总量；6、降水量和降水区、地面水资源、洪水等；7、给定区域的云风矢量；8、入射地球大气系统的太阳辐射和地球大气系统反射总辐射，长波辐射总量地气系统辐射收支等；9、海洋表面温度、洋流、悬浮物质浓度、叶绿素浓度和海冰等海洋表面状态；10、监视森林火灾、森林生长状况；11、由可见光和近红外云图提取植被指数，监视农作物生长、估计作物产量；12、监视太阳质子、 粒子、电子通量密度和能量谱以及卫星高度上的粒子总能量。
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卫星气象学
——绪论
授课教师：刘毅
中国科学院大气物理研究所
2015.3.11
绪论
卫星气象学是利用卫星探测资料研究大气的一门学科，它是随着人造地球卫星的出现，而发展起来的大气科学分支。
（气象）卫星遥感:利用（气象）卫星作为探测平台（对大气）进行的遥感探测。
气象卫星的组成\分类\观测对象\探测原理\
反演方法\如何应用\发展现状\发展趋势
历史进程
卫星气象学是二十世纪60年代初开始出现一门新兴学科。
从1960年4月1日发射第一颗专用气象卫星TIROS-泰罗斯后，经历几个重要发展阶段。
70年代以前，气象卫星获得的主要资料是云图，并定性地应用于天气分析、天气预报和气象研究；70年代初期，卫星红外辐射仪投入业务应用，地面资料处理能力提高，使定量或半定量卫星探测资料，开始应用于大气科学各个分支。
80年代，随着气象卫星探测能力和对探测资料的处理能力提升，气象卫星提供更广泛资料，使卫星云图分析工作由纯定性分析向半定量和定量分析发展；以大尺度天气系统为主，向中小尺度天气系统发展；以气象分析应用为主，向气象、水文、海洋等多学科分析应用发展。
90年代，随着气象卫星对温度、风和湿度等探测精度提高，将资料更有效地应用于大气模式，以改进数值天气预报的结果，这是目前卫星气象学研究一个重要方面。
2000年以来，卫星观测臭氧、气溶胶、温室气体浓度、大气辐射平衡，都极大促进了数值天气预报、气候变化、环境监测研究。
Paul Crutzen, Mario Molina, and Sherry Rowland receive the 1995 Nobel Prize in Chemistry for their seminal discoveries
concerning the chemistry of ozone
阶段1：臭氧洞形成初期（2008年8月28日）阶段2：臭氧洞发展阶段
（2008年9月21日）
阶段3：臭氧洞初具规模
（2008年9月26日）
阶段4：臭氧洞加剧
（2008年9月30日）
阶段5：臭氧洞开始减弱（2008年10月8日）阶段6：臭氧洞继续减弱
（2008年10月13日）
阶段7：臭氧洞开始消亡
（2008年11月1日）
阶段8：臭氧洞消失
（2009年1月14日）
CO2探测仪初样结构
光机结构以三个光谱仪组件为主体支撑结构，其它组件固定在上面材料选择上充分考虑温度膨胀的影响，提高谱线测量精度
中国科学院长春光学精密机械与物理研究所
初样整机光机装调
光谱仪装调
观测
光谱
Lamont地基观测
(科学通报
（2）夏季青藏高原对流层O3低值与夏季风爆发
[ GRL 2009a]
对流层顶
对流层顶
对流层顶
对流层顶
对流层顶
对流层顶
对流层顶
对流层顶
高原
高原
高原高原
高原高原高原
高原
沿31°N 东西向剖面沿93.75°E 南北剖面1997年6月
1998年6月
1999年6月
2000年6月
共10次
对流层
“微型臭氧洞”
25 km
平流层
热带降水测量卫星TRMM
（Tropical Rallfall Measuring Mission ） TRMM
卫星观
测台风
“云塔”
眼墙和
整体三
维结构
中纬度天气系统的卫星云图分析
中纬度地区大尺度云系分析
逗点云系与低空风场实例
右侧的红外图迭有低空气
流。
环绕逗点云涡旋中心是气
旋性环流风场，因该逗点
云没有明显的尾部云带，
故未出现低空变形场
低空风场与逗点云系（2008.4.9.02）
风云卫星已成为国际对地观测星座的核心成员
GPM Constellation Concept
GPM Core Observatory
(NASA/JAXA, 2014 )DPR (Ku & Ka band)GMI (10-183 GHz)
65o Inclination 407 km altitude 5 km best footprint
Suomi NPP (NASA/NOAA)
MetOp B/C
(EUMETSAT)
JPSS-1 (NOAA)
DMSP
F17/F18/F19/F20(DOD)
GCOM-W1(JAXA)
NOAA 18/19(NOAA)
Megha-Tropiques
(CNES/ISRO)
Next-Generation Unified Global Precipitation Products Using GPM Core Observatory as Reference
27
TRMM?
(NASA/JAXA)。