第3章 气象卫星遥感大气的基本原理3
第1-4章 气象卫星遥感原理
春 15：00
i90 进动方向从西向东
（3）近极地太阳同步卫星轨道 的实现 利用卫星轨道在地球扁率 夏
作用下的进动去抵消卫星轨道 15：00
球地 轨 道
太阳
卫星轨道
冬
15：00
平面随地球绕太阳运行时引起
的转动，即可实现近极地太阳 同步卫星轨道。
秋 15：00
图2-10 太阳同步轨道
3、太阳同步轨道的优缺点
一.近极地轨道气象卫星的发展
1、美国的地球静止轨道气象卫星 发射近极地轨道气象卫星的国家有：美国、苏联、中
国和日本。 世界上第一颗气象卫星，美国泰罗斯-1（TIROS），
仪器越来越先进，精度越来越高。
遥感的概念
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。
遥感探测的设备 ➢ 传感器，运载工具
遥感探测的内容 ➢ 遥感信息获取手段的研究； ➢ 各类物体的辐射波谱特性及
传输规律的研究； ➢遥感信息的处理与分析判读
技术的研究。
遥感探测的分类：
➢ 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。
第二节 气象卫星遥感观测的特点
在空间固定轨道上运行 全球和大范围的观测 使用新的探测技术 受益面广
1、什么是地球同步卫星轨道
N
H=35860Km
S 图2-11 地球同步卫星轨道
2、地球同步卫星轨道的实现
①卫星运行方向与地球自转方向相同； ② 轨道倾角i=0，地球赤道平面与卫星轨道平面重合；
卫星监测大气原理
卫星监测大气原理卫星监测大气原理是利用卫星从太空中获取有关大气层的各种信息的一种技术方法。
卫星会通过测量大气层中的各种物理参数，如温度、湿度、气压、风速、云量等来监测大气的变化和演变过程，从而对大气的气候与气象状况进行分析和预测。
卫星监测大气的原理首先是利用卫星携带的遥感仪器来观测大气的光学、热学、电学等性质，并将其转换成电磁波信号。
然后，这些信号会通过卫星上的接收机传回地面的接收站，接收站将信号转化为可读取和分析的数据。
在卫星监测大气的过程中，主要采用的遥感技术包括：红外线遥感、微波遥感和紫外线遥感。
红外线遥感主要通过测量大气层放射和散射的红外线辐射来监测大气温度、湿度和云量等；微波遥感主要是通过测量大气层散射和吸收微波辐射来获取大气中的水汽含量和云量等信息；紫外线遥感则是通过测量大气层阻挡和散射的紫外线辐射来获取臭氧等特定气体的浓度。
卫星监测大气的原理是基于大气层各种物理参数与辐射的相互作用关系来实现的。
大气层中的不同气体对不同波长的辐射具有不同的吸收和散射特性，而这些特性又与气体的浓度和温度等因素相关联。
通过测量大气层中不同波长辐射的强度和特征，可以间接推断出大气层中的各种物理参数和气候状况。
卫星监测大气的数据主要通过卫星观测仪器的遥感能力来获取，这些仪器通常具有高分辨率、多频道、宽波段等特点，能够对大气层进行全天候、全时段的观测。
通过卫星获取的遥感数据可以进行数字处理、图像重建和数据分析等，从而揭示大气的结构、演变和变化趋势等。
卫星监测大气的原理在现代气象学和气候学中起着重要的作用。
通过卫星遥感技术，不仅可以获得大范围、高时空分辨率的大气观测数据，还能提供多种气象要素之间的相互关系和变化趋势分析。
这些数据对气象预报、气候变化研究、环境监测和灾害预警等方面都具有重要的应用价值。
卫星监测大气的原理是通过利用卫星上的遥感仪器观测大气辐射的吸收、散射和发射等特性，以推断大气层中的各种物理参数和气候状况。
第3章 气象卫星遥感大气的基本原理2
图3-3 卫星测量常用的VIS和IR波段
波段(m)
光谱名称
太阳辐射 地球-大气辐 射
用
途
0.2—4 5—30
反射太阳辐射99%，太阳辐射总量。ERBE 长波辐射85%，地球—大气发射到宇宙的长波辐射。ERBE
0.475—0.575
0.58—0.68 0.6—0.7 0.7—0.8 0.725—1.10 3.4—4.2 5.7—7.1 10.5—12.5 13—15
Purpose of the radiance observation
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19
668 679 691 704 716 732 748 898 1028 1217 1364 1484 2190 2213 2240 2276 2361 2512 2671
• 到达地球并被其吸收的太阳辐射为
(1-rS) R2s0
― rS =0.28为地球行星反照率，R地球半径， s0太阳常数。
― 地球-大气系统热平衡状态下吸收这些辐射后全部转化为 热辐射向外空发射，地表平均出射度为
(1 rs )R 2 s 0 (1 rs ) s 0 M 2 4 4R
作物在生长和衰老期间光谱变化
小麦叶子在不同生长期的反射率
不同叶绿素浓度的海水反照率
天然清水和混水的反照率
不同土壤湿度下含沙壤土的反射率
清水的吸收系数
云层的反射特征
假设单层云层，反照率和透过 率都是50%。考虑二次反射后 从第一层反射的能量占原来入 射能量的62.5%。因而推测： 多层云的反照率较高。
• • •
地面及其覆盖物对太阳辐射的反射
1. 地面土壤粒子结构、土 壤水分对反照率的影响 2、植被、冰雪、水体的反 照率 3、反照率随波长的变化
第3章 气象卫星遥感大气的基本原理3
dz (、T、p) dA=1 L(z) 图3-9 小气柱介质辐射
dL1 ( z ) k ( z ) L ( z ) ( z )dz ( z ) L ( z )dz a ( z ) L ( z )
dI1因介质吸收引起辐射的改变量，k(z)分谱质量吸收系数， (z)吸收介质的密度。常称 (z)=k(z)(z) 为体积吸收系数。 a(z)= (z)dz 为单位厚度薄层的吸收系数。
L () [ s B (0) (0) B ( z ) ( z ) ( z )dz]
c 0
zh
(1 ) B ( z h ) ( zh ) B ( z ) ( z ) ( z )dz
c zh
在晴空无云时
L () s B (0) (0) B ( z) ( z) ( z )dz
z1
zh
hc , B ( zh ) ( zh ) B ( z ) ( z ) ( z )dz
zh
zh
L（zh）
z1
L（z1） 图3-12有云时的辐射传输
其中 cloud , 1 cloud
0
如果只有一层薄云，云高Zh, 方程可简化为
②高云云层向上发出的辐射
③高云以上大气发出的辐射，则
L () { [ s B (0) (0) B ( z ) ( z ) ( z )dz]
hc 1c 0 z1
L ()
z 32 1
lc, B ( z1 ) ( z1 ) B ( z ) ( z ) ( z )dz}
图3-10 平行大气中辐射传输
气象卫星工作原理
气象卫星工作原理气象卫星是一种通过空间技术收集大气资料的无人机器。
它搭载在地球轨道上，利用先进的观测设备和传感器，能够实时观测和监测地球的大气状况、云图、气候变化以及各类天气现象。
本文将介绍气象卫星的工作原理，包括数据采集、信号传输和数据处理。
一、卫星数据采集1. 天气成像仪天气成像仪是气象卫星上最重要的传感器之一，它主要负责收集地球表面的图像信息。
天气成像仪利用光学技术，可以在可见光和红外波段范围内获取高分辨率的图像数据。
通过记录不同波段的亮度和颜色信息，天气成像仪能够捕捉到云层、降雨、雪花等天气现象，还可以提供地表温度、风速等气象参数。
2. 辐射计辐射计能够测量地表的辐射能量，并将数据转化为温度信息。
它通常采用红外辐射测量技术，通过接收地球表面和大气层的辐射能量，计算出地表的温度分布。
辐射计是衡量地球能量平衡和气候变化的重要工具。
3. 气象雷达气象雷达是利用雷达波束扫描大气中的水滴或冰晶，并通过分析返回的信号来探测降雨或其他降水现象的设备。
它能够提供立体的方位信息，对短时强降水和潜在的暴雨天气进行预警。
二、卫星信号传输卫星信号传输是指将卫星上收集到的数据传送到地面的过程。
由于卫星与地面之间的距离较远，传输信号存在一定的延迟问题。
为了解决这个问题，气象卫星采用了数码化信号传输技术。
1. 数字信号压缩卫星上收集到的原始数据一般体积较大，为了降低传输成本和时间延迟，需要对数据进行压缩。
数字信号压缩能够将大容量的数据通过特定的算法转化为较小的文件大小，同时尽量保持数据的完整性和准确性。
2. 数据传输协议卫星数据传输协议是卫星与地面接收站之间通信的规则。
常用的数据传输协议包括TCP/IP协议和FTP文件传输协议。
通过这些协议，卫星可以将压缩后的数据进行分组传输，并保证传输的可靠性和稳定性。
三、卫星数据处理卫星数据处理是指将接收到的卫星数据进行解码、解析和分析的过程。
这一过程需要借助计算机算法和数学模型。
第3章气象卫星遥感大气的基本原理4
红外云图（续）
由于地表和大气的温度随季节和纬度而变，所以红外 云图上的色调表现有以下几个特点：
红外云图（续）
红外云图上地面、云面色调随纬度和季度而变化
在红外云图上，从赤道到极地，色调愈来愈变白， 这是由于地面和云面的温度向高纬度地区递减的缘 故。
同一高度上的云，愈往高纬度，云顶温度降低，其低云比中高云 尤为明显。
卫星观测到的辐射Lλ(θs）与物体温度有关。 物体温度越高，卫星观测到的辐射Lλ(θs）就越大， 卫星云图的色调就越暗；物体温度越低，卫星观测到的辐 射Lλ(θs）就越小，卫星云图的色调就越亮。（辐射大用 黑色表示，辐射小用白色表示）。
红外云图
红外云图: 通过红外辐射，气象 卫星通过红外扫描仪可探测物体的温度。
可见光云图观测原理
通道：0.52—0.68m；0.58—0.68m；0.725—1.1m等大气窗
L (s )
rs
B (T日）（ 日）（ s）日 cos日
在大气窗区 (θ日）= (θs）1，太阳辐亮度Bλ（T日)，可 看做常数，因此卫星观测到的辐射Lλ(θs）与物体反照率rsλ和太阳 天顶角θ日有关。
在白天的陆地上，干燥地表的温度变化较大，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，其色调变化 也较小。
可见光云图与红外云图的比较
可见光云图上物象的色调决定于其的反照率和太阳高 度角，红外云图上物象的色调决定于它的温度，所以 比较这两种云图，有一些外貌上相差很大，但也有些 是十分相似的。
区。在红外云图上，越往南，温度越高，色调越暗。
2、短波红外云图（3.55—3.93m）
L (s ) Lr (反射太阳辐射） L（e 物体发射辐射）
2、红外云图（续）
《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
气象卫星遥感大气的基本原理和资料产品PPT课件
段,这一波段的辐射源主要是太阳，卫星接受到的是地(云)面的反
射太阳辐射。按吸收气体分为水汽吸收谱段，二氧化碳吸收谱段等
。由于各个谱段的电磁波辐射特性不一样，所以遥感用的探测仪器
也不一样。可见光波段采用照相方法观测物体，在红外波段以热敏
电阻为探测器的辐射计,不同波段内使用的传感器。
4
5
6
§2 太阳和地球—大气系统辐射及其在大气中的传输特性 一、辐射的基本定律 1）基尔霍夫(Kirchhoff)定律 基尔霍夫定律是表明在一定温度下，物体的辐射能力与吸收率
8
波长(m) 6000K(近似太阳)和288K(近似地球)的黑体发射辐射光谱
9
由图看出： (1)理论上，任何温度的绝对黑体都发射波长0～ m的辐射，但温度不同，辐射能力不同，辐射能集 中的波段也不同。例如温度为6000K的物体总辐射能 力比288K大得多。而且6000K温度的物体的辐射能量 主要集中在0.17～4m波段内，而288K温度的物体的 辐射能量主要集中在3.3～80m波段内。 (2)每一温度下，黑体辐射都有一辐射最强的波长， 称为这个温度下发射的辐射峰值，并用max表示，即 光谱曲线的极大值。物体温度越高，其辐射峰值所对 应的波长max越短。
应的波长与温度的关系。从图2.3可以看到黑体辐射极大值所对应 的波长(max)是随温度的升高而逐渐向波长较短的方向移动的。 据研究，黑体辐射极大值所对应的波长与其绝对温度成反比，这
个定律同样可以由普朗克公式通过对波长求导得到极大值。求导
第三章 气象卫星遥感大气的基本 原理和资料产品
§1 电磁波谱和辐射度量 §2 太阳和地球—大气系统辐射及
其在大气中的传输特性 §3 卫星云图观测原理 §4 气象卫星的定量产品简介
第1-4章 气象卫星遥感原理
③ 横跨轨道扫描红外探测器(CfiS),有1000个红外通道,用于探测大 气的温度和湿度垂直廓线,温度探测精度≤1开,相对湿度探测精度≤10%；
风云气象卫星MVISR探测器的通道序号及主要用途
风云三号卫星的主要任务是：提供全球的温、湿、 云、辐射等参数，实现中期数据预报；监测大范围的自 然灾害和生态环境；探测地球物理参数，研究全球气候 变化与环境变化的规律；为航空、航海等提供全球及地 区的气象信息等。
风云三号卫星与美国、欧洲新一代的极轨气象卫星 一起成为国际上最重要的三大极轨气象卫星，已纳入世 界气象组织业务气象卫星系统，将在国际对地观测体系 占有重要的、不可缺少的地位，成为全球对地观测系统 的重要数据源。
第六阶段：2010年左右后，再更新，进入NOAAO-Q 系列，将分别於2008年，2010年，2013年，2015年发射。
在NOAAO-Q 系列上的新仪器先放在NASA极轨平台上试验， 如果没问题，再移植到NOAA卫星上来。
预计在这一卫星系列上的仪器：功能更强的AVHRR和HIRS， 探测高层大气的AMSU，太阳后向散射紫外辐射仪SBUVR，臭氧 总量绘图光谱仪（TOMS）等。NOAAO-Q系列卫星将可安装有 1000多个通道的红外大气探测器（AIRS）。
第二阶段：从1970到1978年，以美国ITOS卫 星为代表，13颗。
红外波段的图像使人们可以昼夜观测地球大 气，气象卫星的观测做到了全天候，出现了用于 大气温度垂直廓线观测的探测仪。
气象卫星观测数据从空间向地面模拟传递。 由于数据传递过程中夹带了噪音；气象卫星观测 数据的定量处理和应用尚不能做到，卫星观测资 料的应用方法主要还是云图的定性判读。
大气科学中的气象雷达与卫星遥感技术
大气科学中的气象雷达与卫星遥感技术气象雷达和卫星遥感技术是大气科学领域中非常重要的观测手段，它们能够提供关于大气状态和天气现象的信息，为我们预测天气变化和研究气候变化提供重要支持。
本文将介绍气象雷达和卫星遥感技术的原理、应用和发展趋势。
一、气象雷达技术气象雷达是一种利用雷达波束与大气中的液态和固态降水物质交互作用而形成的回波信号来探测降水和其他气象现象的仪器。
其工作原理是向大气中发射无线电波，当波束遇到大气中的液态或固态降水物质时，会被散射回雷达接收器，形成回波信号。
通过分析这些回波信号的强度、位置和时间等信息，可以判断降水类型、强度以及降水带的移动趋势。
在气象预报中，气象雷达能提供精确的降水信息，如降水类型（雨、雪、冰雹等）、降水强度以及降水带的范围和移动速度等。
这为大气科学研究人员提供了非常重要的数据基础。
气象雷达还能用于探测风暴、雷电和天气前沿等现象，为防灾减灾和天气预警提供重要依据。
目前，气象雷达技术已经取得了重大发展，从最初的反射式雷达到现代的多普勒雷达，以及双线偏振雷达等。
这些新技术提供了更高分辨率、更准确的数据，为研究天气现象和气候变化提供了更多细节。
二、卫星遥感技术卫星遥感技术是利用卫星传感器获取地球表面物理量和环境信息的技术。
通过卫星遥感，可以获取大气的温度、湿度、云量、云类型和水汽含量等参数。
同时，卫星遥感还能提供地表温度、植被覆盖、地表湿度等地表特征的数据，为气象研究和气候模式提供重要输入。
卫星遥感技术主要基于电磁波与物质相互作用的原理。
卫星发射的电磁波通过大气层到达地球表面，与地表物体发生散射、反射或吸收，再由卫星接收到达地面的反射或散射信号。
通过对这些信号进行分析，可以推断出地表特征和大气参数等信息。
在大气科学研究中，卫星遥感技术的应用非常广泛。
通过卫星遥感可以获取大范围的气象信息，如全球的云图、温度分布和海洋表面温度等。
这些数据为天气预报、气候监测和环境评估提供了基础数据。
气象卫星的结构与原理课件
气象卫星主要分为太阳同步轨道气象卫星和极轨气象卫星两 类，分别在地球的太阳同步轨道和极轨道上运行，为全球范 围内的天气预报和气候变化研究提供数据支持。
气象卫星的基本结构
有效载荷
气象卫星的主要任务是收集气象 数据，因此有效载荷是气象卫星 的核心部分，包括红外辐射计、 微波辐射计、扫描辐射计等遥感
数据获取
通过气象卫星上的传感器获取 地球表面的电磁波信息。
数据传输
将获取的数据传输到地面接收 站。
数据处理
对传输回来的数据进行预处理 、增强等操作，提取有用的信
息。
数据解析
将处理后的数据进行解析，转 化为具有实际应用价值的地理
信息。
03
CATALOGUE
气象卫星的组成结构
卫星平台
卫星平台是气象卫星的骨架，负 责保障卫星的稳定运行和任务执
遥感仪器
卫星搭载了多通道扫描辐射计、红外分光计、中分辨率成 像光谱仪等遥感仪器，能够获取地球大气、地表和海洋等 不同层次和类型的信息。
数据处理系统
卫星具有实时数据处理系统，能够将遥感数据转化为气象 信息，并进行数据压缩和存储，以满足用户需求。
某型气象卫星的遥感原理及数据处理流程
遥感原理
卫星通过遥感仪器获取地球表面的反射、辐射和光谱等信息，通过对这些信息 的处理和分析，可以推断出大气的温度、湿度、气压和风等气象信息。
04
CATALOGUE
气象卫星的应用与价值
气象卫星在天气预报中的应用
气象卫星可以观测地球大气层，获取云层、温度、湿度、风速、风向等气象数据。
气象卫星数据可以用于天气预报，通过分析卫星数据，可以预测未来天气情况，提 高预报的准确性和时效性。
气象卫星还可以观测海洋和陆地表面情况，获取海温和陆地温度、湿度、风速等数 据，为海洋和陆地气象预报提供重要依据。
气象卫星遥感大气的基本原理
04
气象卫星遥感大气的主要应用
天气预报与气候预测
天气预报
气象卫星遥感通过观测地球大气层的温度、湿度、气压和风速等信息，为天气预报提供实时数据支持，帮助预报 员准确预测天气变化趋势。
气候预测
气象卫星遥感数据被广泛应用于气候预测，通过对长时间序列的大气参数和地表特征进行监测和分析，有助于理 解气候变化规律，预测未来气候趋势。
大气污染监测与防治
大气污染监测
气象卫星遥感能够监测大气中的污染物浓度和分布情况，如二氧化硫、氮氧化物、颗粒物等，为大气 污染治理提供科学依据。
大气污染防治
基于气象卫星遥感数据，可以分析污染物扩散规律和影响范围，为制定大气污染防治措施提供决策支 持，如优化工业布局、控制污染物排放等。
总结词
通过测量地球大气层对微波辐射的发射和散射特性，推断出大气的温度、湿度和 云液态水含量等参数。
详细描述
微波辐射计技术利用大气中的气体分子和云滴对微波辐射的发射和散射特性，通 过测量这些辐射的强度和方向，可以反演出大气的温度、湿度和云液态水含量等 参数。
激光雷达技术
总结词
通过向地球大气层发射激光束并测量其反射回的信号，推断 出大气的能见度、气溶胶浓度和云高度等参数。
VS
灾害评估
在灾害发生后，气象卫星遥感可以通过对 灾区的范围、受灾程度等进行评估，为救 灾和恢复重建工作提供决策支持。
05
气象卫星遥感大气的挑战与展望
数据处理与分析的挑战
数据量庞大
气象卫星遥感获取的数据量庞大， 需要高效的数据处理和分析技术 来处理这些数据。
大气层遥感的应用原理
大气层遥感的应用原理1. 介绍大气层遥感是利用遥感技术观测和研究地球大气层的一种方法。
它通过测量和分析大气成分和结构的属性，以获取大气层中各种参数的有关信息。
这些参数包括温度、湿度、气体浓度、气溶胶浓度等。
大气层遥感的应用范围广泛，包括天气预报、大气环境监测、气候变化研究等。
2. 大气层遥感的原理大气层遥感的原理是利用电磁波在大气层中的传播特性，通过测量和分析电磁波的散射、吸收和发射来获取大气层中的信息。
主要的遥感方法包括可见光遥感、红外遥感和微波遥感。
2.1 可见光遥感可见光遥感是利用可见光波段的电磁辐射进行观测和测量的方法。
可见光遥感可以通过测量可见光的透过、散射和反射来获取大气层中的信息。
具体的应用包括气溶胶浓度的测量、云的观测等。
2.2 红外遥感红外遥感是利用红外波段的电磁辐射进行观测和测量的方法。
红外遥感可以通过测量红外辐射的吸收和发射来获取大气层中的信息。
红外遥感主要用于测量大气温度、湿度等参数。
2.3 微波遥感微波遥感是利用微波波段的电磁辐射进行观测和测量的方法。
微波遥感可以通过测量微波辐射的散射、吸收和发射来获取大气层中的信息。
微波遥感主要用于测量大气中的水汽含量、云和降水等。
3. 大气层遥感的应用大气层遥感的应用范围广泛，下面列举几个主要的应用领域。
3.1 天气预报大气层遥感在天气预报中起着重要作用。
通过观测和分析大气层中的温度、湿度等参数，可以提供有关天气的信息，从而提高天气预报的准确性。
3.2 大气环境监测大气层遥感可以用于大气环境监测。
通过测量和分析大气层中的气体浓度、气溶胶浓度等参数，可以了解大气环境的污染情况，为环境保护提供参考。
3.3 气候变化研究大气层遥感在气候变化研究中也有重要应用。
通过观测和分析大气层中的温度、湿度等参数，可以研究气候变化的趋势和影响因素，为制定气候变化应对策略提供科学依据。
4. 总结大气层遥感是一种利用电磁波在大气层中传播的特性，通过测量和分析电磁波的散射、吸收和发射来获取大气层中信息的方法。
气象卫星工作原理
气象卫星工作原理气象卫星是现代气象观测和预报中不可或缺的工具之一。
它们通过搭载在卫星上的各类仪器，采集大气、云层、降水等气象信息，并将这些数据传送回地面，为气象部门和研究人员提供重要的观测资料。
本文将介绍气象卫星的工作原理及其在气象预报中的应用。
一、气象卫星的成像原理气象卫星通过在轨道上运行，利用其载荷搭载的各类成像仪器对地球表面进行观测。
这些成像仪器一般包括辐射计、红外线传感器和微波传感器等。
辐射计主要用于接收和测量可见光和近红外光的辐射。
红外线传感器则可以接收和测量地球表面和云层发出的红外辐射。
而微波传感器则用于接收和测量地球表面和大气中的微波辐射。
在成像时，气象卫星通过搭载的成像仪器对地球表面进行扫描，获得不同波段的辐射数据。
这些数据经过处理和解码后，可以生成具有不同颜色、亮度等视觉特征的图像。
这些图像反映了不同地区的云量、云顶高度、降水情况等气象要素，为气象预报提供了重要的参考依据。
二、气象卫星的数据传输原理气象卫星通过搭载的通信系统将采集到的数据传输回地面接收站。
这些接收站一般位于不同地区的气象观测站或者气象卫星控制中心。
在数据传输过程中，卫星会将采集到的数据进行压缩和编码处理，以减小数据量，并确保数据的完整性和准确性。
气象卫星主要使用的数据传输方式是卫星链路和地面链路相结合的方式。
卫星链路指的是卫星与地球站之间的数据传输通路，主要通过卫星间的无线电波传输数据。
地面链路则是指地面接收站与气象部门或气象卫星控制中心之间的数据传输通路，主要通过有线或无线网络进行数据传送。
三、气象卫星在气象预报中的应用气象卫星在气象预报中发挥了重要的作用。
通过搭载各类成像仪器，气象卫星可以及时地监测地球上各个区域的云层、降水等气象要素变化情况。
这些观测资料为气象部门和研究机构提供了重要的数据支持。
首先，气象卫星可以提供实时的云图信息。
通过对云图的观测和分析，气象预报人员可以准确判断不同地区的云量、云团的形状和运动特征等。
气象卫星遥感技术在暴雨预报中的应用研究
气象卫星遥感技术在暴雨预报中的应用研究随着科技的不断进步与发展，气象预报技术也在不断地改进与完善。
气象卫星遥感技术在暴雨预报中发挥着越来越重要的作用。
本文将对气象卫星遥感技术在暴雨预报中的应用研究进行探讨，并分析其在提高暴雨预报准确性和实用性方面的优势。
一、气象卫星遥感技术的基本原理气象卫星遥感技术是指利用卫星对地球大气和地表进行观测和监测，并获取相关信息的技术手段。
其基本原理是利用卫星搭载的遥感仪器，通过接收地球表面反射和散射的辐射信号，获取地球大气和地表的信息，如云图、降水情况、地表温度等。
通过对这些信息的分析和处理，可以为气象预报提供可靠的数据支持。
二、气象卫星遥感技术在暴雨预报中的应用1. 实时监测和观测气象卫星遥感技术可以实时监测大气和地表情况，尤其是对于暴雨天气的监测具有明显优势。
通过卫星遥感技术，可以在较短的时间内获取较大范围的气象数据，实现对暴雨天气的实时监测和观测。
这为预报员提供了重要的信息支持，有助于及时准确地判断暴雨天气的发展趋势和变化情况。
2. 提供多维信息通过卫星遥感技术获取的气象数据不仅包括云图和降水情况，还包括地表温度、湿度、风场等多维信息。
这些信息的综合分析可以为暴雨预报提供更加全面和准确的依据，有助于预测暴雨的强度、范围和持续时间。
3. 空间覆盖范围广气象卫星遥感技术可以实现对广阔地域的观测和监测，不受地理障碍和气象站点的限制。
其在暴雨预报中具有独特的优势，特别是在对于一些偏远地区和复杂地形的暴雨预报中，卫星遥感技术可以提供更为全面和及时的数据支持。
4. 多种检测手段目前，气象卫星遥感技术的传感器种类繁多，如红外线传感器、微波传感器等，可以对大气和地表进行多角度、多波段的监测和观测。
这为暴雨预报提供了更为丰富和多样的数据资源，使得预报员可以从多个方面获取暴雨天气的特征和规律，提高暴雨预报的准确性和可靠性。
三、气象卫星遥感技术在暴雨预报中的局限性1. 盲区和遮挡问题气象卫星在监测大气和地表时，可能会受到云层、雨雾等天气现象的影响，导致监测盲区和遮挡问题。
卫星气象学气象卫星遥感大气的基本原理
（2）在可见光或紫外区，对于常温情况下，? T很小， 即c2/ ? T ?1， 这时
ec2 /?T ? 1 ? e? c2 /?T
由此代入普朗克公式得到在频率很高（波长很短） 情况下的近似公式—维恩公式，
B? (T ) ?
c1
?5
e? c2 /?T
或
B f (T ) ? c1 f e5 ? c2 / ? T
3、电磁波的量子特性
从量子的观点看，电磁辐射可以看作是一粒一粒以光速 c运动的粒子 流，这些粒子称为光量子，每一光量子具有的能量为
Q=hf Q 能量，h 普朗克常数。电磁辐射看成是粒子，就一定有质量m和动量p。
m=Q/c2=hf/c2
p=mc=h/? = hf/c 电磁辐射的发射或吸收是由于物质内原子或分子的能量状态发生改变 引起的，若物质中原子的状态由高能级 EJ跃迁到低能级EI，便发出辐射； 若从EJ ? EI便要吸收辐射。发出或吸收辐射时光量子的频率
▲辐射体 黑体：指在任何温度、对任意方向和任意波长，其
吸收率（或发射率）都等于1的物体。 a(λ )≡1
灰体：指其吸收率与波长无关，且为小于1的常数的 物体。
a(λ )=C? 1 选择性辐射体：指其吸收率随波长而变的物体。
a? a(λ ) ▲辐射平衡：指一个物体在某一温度从外界得到的辐射 能量正好等于本身辐射而失去的能量，使物体温度保持不 变的辐射过程。
B f (T ) ?
2f2 c2
kT
?
08 .278 (0.001 f ) 2 T
或
B? (T ) ?
2 kc
?4
T
பைடு நூலகம்
?
827 .8T (100 ? ) 4
计算表明，当（hf/? kT）＜0.019时，用瑞利-琴斯辐射公式
遥感导论第三章
前言：
传感器
遥感传感器是获取遥感数据的关键设备
（1）摄影类型的传感器； （2）扫描成像类型的传感器； （3）微波成像类型的传感器；
第二节 摄影成像 一、摄影机；三、摄影胶片的物理特性（自学为主： 阅读教材；内容了解即可）。 二、摄影像片的几何特性（讲述法；问题法讨论与训 练） 1、摄影成像的投影方式是什么？ 2、名次解释：平均比例尺、像点位移。 3、像片投影误差的规律是什么？
FY2C 2008-03-19 中国陆地云图
FY2C 2008-03-19 海区云图
/shishi/satellite.jsp 中国气象科学数据共享服务网
中午前后，气象卫星监测到甘肃西部、宁夏东部出现 扬沙天气。南疆盆地也出现了沙尘天气，部分地区还出现 了沙尘暴天气。
8
0.50-0.90mm
全色波段
15m
LANDSAT-7采用ETM+，比TM增加了全色波段，分辨率15米。
--- SPOT系列
■ 1978年起，以法国为主，联合比利时、瑞典等欧 共体某些国家，设计、研制了一颗名为“地球观测 实验系统”(SPOT)的卫星，也叫做“地球观测实验 卫星”。
SPOT1，1986年2月发射，至今还在运行。 SPOT2，1990年1月发射，至今还在运行。 SPOT3，1993年9月发射，1997年11月14日停止。 SPOT4，1998年3月发射，至今还在运行。 SPOT5, 2002 年 5 月 4 日凌晨当地时间 1 时 31 分，成功发射。
0.49～0.61 1.58～1.78
10 20
重复观测26天
SPOT5图像（10米）
SPOT5图像（2.5米）
Spot-5基本产品
10米多光谱
遥感技术的工作原理
遥感技术的工作原理遥感技术是一种通过获取远离目标的信息来研究地球表面和大气现象的技术。
它利用各种传感器设备，从地面、航空器和卫星上获取数据，进而分析和解释地球表面和大气的物理、化学和生物特性。
遥感技术广泛应用于环境监测、资源调查、军事侦察、气象预测等领域。
本文将详细介绍遥感技术的工作原理，以及其在地球科学研究中的应用。
一、遥感技术的基本原理遥感技术的基本原理可以概括为“辐射-传输-目标-接收”四个步骤。
首先，地球表面或大气中的目标物质会辐射出电磁辐射。
然后，这些辐射在传输过程中与大气发生相互作用，其中一部分会被散射、吸收或发射。
接着，接收器（传感器）接收到经过传输过程后的辐射能量，并将其转化为电信号。
最后，这些电信号被数字化处理，并转化为可视化图像或数值信息。
在这个过程中，遥感技术关键的部分是通过传感器捕捉到目标的反射或发射的电磁辐射。
根据所选择的传感器，可以获得不同波段的电磁辐射数据，包括可见光、红外线、热辐射等。
每个波段的电磁辐射与目标的物理特性有关，通过分析不同波段的数据，可以获取目标的空间分布、温度、化学成分等信息。
二、遥感技术的传感器类型根据使用的平台和感知技术，遥感传感器可分为航空遥感传感器和卫星遥感传感器。
1. 航空遥感传感器航空遥感传感器主要安装在飞机或无人机上，通过将传感器设备搭载到飞行器上，可以获取高空的遥感数据。
这些传感器采集到的数据精度高，对细小目标的探测能力强。
常见的航空传感器包括航空摄影机、热红外传感器和多光谱扫描仪。
2. 卫星遥感传感器卫星遥感传感器是安装在卫星上的遥感设备，可以提供全球范围内的遥感数据。
卫星传感器的数据分辨率相对较低，但其覆盖范围广，适用于大面积观测。
常见的卫星传感器有LANDSAT、MODIS和SPOT等。
三、遥感技术在地球科学中的应用遥感技术在地球科学研究中发挥着重要的作用，下面将介绍其在环境监测、资源调查和军事侦察方面的应用。
1. 环境监测遥感技术可用于监测大气污染、水质变化、土地覆盖和植被状况等环境因素。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
T(∞)≈2.9K≈0K
zs 0
d ( , z) B( , T (z)){} dz dz
(, z) = exp{- z (, z)dz}
0 ( , ) = ( ,0)
三.地面和云面反射的太阳辐射
Lλ (θ ）= (rsλ /π ) Bλ (T日)τλ (θ *τλ (θ s) ω 日cos(θ
日) 日)
四.有云时大气中红外辐射的传输
假如大气中有水平均匀的高、低两层薄云，忽略各云层和地 表对辐射的反射，则到达大气顶的辐射Lλ（）由三部分组成： ①高云下面的地表、低云和大气发出并透过高云向上的辐射，
L () [ s B (0) (0) B ( z ) ( z ) ( z )dz]
c 0
zh
(1 ) B ( z h ) ( zh ) B ( z ) ( z ) ( z )dz
c zh
在晴空无云时
L () s B (0) (0) B ( z) ( z) ( z )dz
q( p )k ( p )dp ]
其导数为
d ( p, ) sec q( p)k ( p) ( p) dp g
将以上二式代入上面一阶线性常微分方程，并采用缩写 符号，得 dL+Ld=d(L)=Bd 注意和L是、p、的函数，对上式从地面P0到任一高度 p积分得
故
dL [ L ( z ) B (T )] ( z ) dz
—— 一阶线性常微分方程。
2、平面平行大气中的辐射传输
假定大气是水平平行均匀分层的，Z为垂直方向，在任意方向I的辐射传 输方程
dL ( z, ) L ( z, ) B [T ( z)] k ( z) ( z) secdz
在红外波段，忽略分子散射辐射。 （1）小气柱吸收的辐射
dz (、T、p) dA=1 L(z) 图3-9 小气柱介质辐射
dL1 ( z ) k ( z ) L ( z ) ( z )dz ( z ) L ( z )dz a ( z ) L ( z )
dI1因介质吸收引起辐射的改变量，k(z)分谱质量吸收系数， (z)吸收介质的密度。常称 (z)=k(z)(z) 为体积吸收系数。 a(z)= (z)dz 为单位厚度薄层的吸收系数。
权重函数定义：
d ( z ) w ( z ) ( z ) ( z ) dz
SSMI/S extends profiling capability well into mesosphere. Opportunity to address model bias in upper stratosphere
0
p坐标
------卫星在红外波段接收地气系统发射辐射的表达式， 即红外辐射在大气中的传输方程RTE。
L s B [T 0 ] (0, )
0
d ( z, ) B [T ( z )] dz dz
z坐标
3、RTE的物理意义和卫星接收到的辐亮度
在红外波段, 到达卫星的辐射L()由两部分组成：
基于权重函数概念的推论
1、如果f仅与O2 或CO2有关，而大气中O2或CO2的含量短期固
定，则f通道所测得能量仅与该薄层内的温度有关，由此可由 测得f处能量计算对应薄层内的大气温度。
2、如果大气温度T已知，则根据另一通道（记为f1）能量就
可确定与f1有关的分子的含量。例如，6.7微米通道可以用来 确定水气分子浓度。
3、选取一系列不同的频率（即一系列不同的通道），即可测
量不同高度上的温度和湿度。
4、理论上通道个数越多越好，但通道个数过多会使权重函数
重叠，即通道相关，此时并不能提供更多有效信息。因此权 重函数越“瘦”越好。
思考题
当你看到右图时，会想
起哪些知识？
二.地面和云面反射的大气下行红外辐射
I(P0 , ) = (1- ( ))I (,0) s
式中dL（z，）是天顶角为方向上dz气层 引起的辐射改变量。使用气象上习惯的P坐标， 根据静力方程
z坐标
z
I
dp / dz z g
Z干空气密度，g重力加速度，
dI
地 面
z dz
z q p dp dp z g g
q（p）吸收气体与干空气的混合比,
（1）地面辐射项： B [T p ] ( p 透过大气层、进入卫星的辐射。
s
0
0
, ) 表示从地面发射 B [T p ] s 0
、
（2）大气辐射项： 层气体发出并能进入卫星的辐射。
P 0
0
B [T ( p)]
d ( p, ) dp dp
表示从地面到大气顶整
（2）小气柱发射的辐射
dL 2 ( z) j ( z) ( z)dz
dL2因介质发射引起辐射的改变量，j（z）介质的质 量发射率。在局地地热力平衡条件下 j =kB(T)
dL 2 ( z) k ( z) B (T ) ( z)dz
所以，辐射的总增量为
dL [L ( z) B (T )]k ( z) ( z)dz
第三节 辐射在大气中的传输与卫星接收 到的辐射
气象卫星接收到的辐射包括：
① 地面和云面发射的红外辐射 ② 地面和云面反射的太阳辐射 ③ 大气各成分发射的向上的红外辐射 ④ 地面和云面反射的大气向下的红外辐射 ⑤ 大气对太阳辐射的散射辐射
一.
红外辐射在大气中的传输
L(z+dz)
1、辐射在介质中的传输
z1
zh
hc , B ( zh ) ( zh ) B ( z ) ( z ) ( z )dz
zh
zh
L（zh）
z1
L（z1） 图3-12有云时的辐射传输
其中 cloud , 1 cloud
0
如果只有一层薄云，云高Zh, 方程可简化为
0
注意: 薄层比辐射率(z)=薄层吸收率a(z)=(z)dz 权重函数定义
d ( z ) w ( z ) ( z ) ( z ) dz
②高云云层向上发出的辐射
③高云以上大气发出的辐射，则
L () { [ s B (0) (0) B ( z ) ( z ) ( z )dz]
hc 1c 0 z1
L ()
z 32 1
lc, B ( z1 ) ( z1 ) B ( z ) ( z ) ( z )dz}
权重函数概念
1、形状：横钟形曲线
2、意义：一条曲线与卫星观测仪器的一个通道对应。通道中 心频率为f。
卫星在频率为f的通道接受的能量来自于其权重函数不为 零的大气薄层内。权重函数最大处对应的高度为薄层的代 表高度。 3、卫星在频率为f的通道接受到的能量的大小，由该薄层内 的温度和某种气体分子浓度决定。分子种类与频率f对应， 即，这种分子吸收频率为f的电磁辐射、也发射频率为f的 电磁辐射。 4、权重函数半宽度：权重最大值的一半所定义的宽度，用于 衡量权重函数宽度（“胖瘦”）的指标。
图3-10 平行大气中辐射传输
q p dL ( p, ) L ( p, ) B [T ( p)] k ( p) sec dp g
p坐标
令从p=0到p=p之间空气层的透过率为：
sec p, exp[ g
p
0
d ( p, ) L p, p, L ( P0 , ) ( P0 , ) B [T ( p)] dp P0 dp
p
由于L( P0 ,)=S B [T( P0)]，且当p0时(p, )1， 故上式可写成
d ( p, ) L s B [T p0 ] ( p0 , ) B [T ( p)] dp P0 dp