卫星气象学课件：第1章 绪论0
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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
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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’
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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
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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。
卫星气象学课件：第1章 绪论0
卫星观测方法优势
资料一致性优势
与地面和高空常规观测相比，卫星资料具有内在的均 一性和好的代表性；
尽管世界气象组织（WMO）已经颁布了一系列规范， 来统一常规观测仪器的性能和观测方法，但仍不能避 免不同国家和地区、使用不同仪器和方法获得的资料 的不一致性；
站分布的不均匀等使资料的不确定性增加(点)； 气象卫星是在较长一段时期内使用同一仪器对全球进
第3节 气象卫星的种类及其发展概况
一、气象卫星的种类
按轨道分：
1、极轨卫星和静止卫星
按所承担的任务分：
2、实验卫星和业务卫星
二、气象卫星的发展历史
1、 极轨卫星的发展历史
1.美国的极轨业务卫星 TOS/ESSA（TIROS业务卫星/环境科学管理局卫星）系列 ITOS/NOAA（改进的TIROS业务卫星/国家海洋大气管理局）系列 TIROS-N/NOAA系列
3、气象卫星资料的接收、处理和存贮、质量控制；
4、气象卫星资料在天气预报、大气科学研究中的应 用，以及在其它有关领域中的应用（如监测森林大火 等）。
二、气象卫星遥感
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，通过探测仪器接收来自被测 物体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。
在河南、安徽和山东三省交界地区出现了轻到大雾（包括雾凇）天气，其中部分雾区被云覆盖。 经估算雾区面积大约有2.1万平方公里。雾区给当地的交通带来不同程度的影响。
强沙尘暴监测 2001.4.7.
气象卫星监测到新疆南部塔里木盆地出现了沙尘天气。受冷空气影响，塔里 木盆地东部发生沙尘天气，沙尘在偏东大风的输送下自罗布泊向西南方向扩散。 由于沙尘强度较弱，且发生在荒漠地区，其造成的影响有限。
卫星气象学-1.1详解
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 discoveriesconcerning 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。
卫星气象学
太阳常数：指在不考虑大气作用，在平均日—地距离处，垂直于太阳入射的表面上接收到太阳的辐照度。
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,通过探测器接受来自被测物体(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.星下点：是指卫星与地球中心的连线在地球表面上的交点，用经纬度表示。
由于卫星运动和地球的自转，星下点在地球表面形成一条连续的运动轨迹，这一轨迹称为星下点轨迹。
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称之为截距。
可见截距是两个升交点之间的经度差。
大气窗：通常把电磁波通过大气层时较少被反射、吸收或者散射而透过率较高的波段称做大气窗。
太阳同步卫星轨道(极轨卫星轨道)：指卫星的运行的轨道平面与太阳始终保持固定的取向，由于这种卫星轨道的倾角接近90°选择性辐射体：如果物体的吸收率(或发射率)随波长而变，则这物体称做选择性辐射体黑体是指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l，这种物体称为黑体。
黑体：液态水、新雪；灰体：陈雪、冰；选择性吸收体：液态水云、卷云、土壤、草地、沙漠、森林、混凝土、城市；辐射平衡：如果一个物体在某一温度从外界得到辐射能，恰等于物体因辐射而失去的辐射能，则该物体的热辐射达到平衡，而温度保持不变，这一热辐射过程称做平衡热辐射或辐射平衡。
局地热力平衡：可设想大气中存在如下状态：在这个状态中，气体的每一体积元量犹如处在热力平衡状态中(对这个体积温度而言)，这样的平衡称局地热力平衡。
基尔霍夫辐射定律：指的是在同样的温度下，各种不同物体对相同波长的单色辐射出射度与单色吸收比之比值都相等，并等于该温度下黑体对同一波长的单色辐射出射度。
大气的散射效应：主要起因于大气中悬浮的气溶胶粒子，如尘埃、水滴、冰晶等对电磁辐射的散射作用，它将使辐射在大气中传输时改变方向，散射过程中辐射能量将在空间重新分配，分配方式与辐射波长、粒子尺度和形状以及粒子的折射率有关。
气象卫星介绍PPT课件
15
2019/12/30
风云2号气象卫星
2010年1月风云二号卫星气象卫星 云图。
16
风云三号卫星
风云三号气象卫星是为了满足中国天气预报、气候 预测和环境监测等方面的迫切需求建设的第二代极 轨气象卫星，由三颗卫星组成（FY-3A卫星、FY-3B 卫星、FY-3C卫星），1994年“风云三号”列入航 天技术“九五”规划，风云三号气象卫星2000年11 月国务院正式批准立项。 风云三号气象卫星的目 标是获取地球大气环境的三维、全球、全天候、定 量、高精度资料。
2019/12/30
17
2019/12/30
风云3号气象卫星
2011年10月，FY-3A/MERSI水情监 测多通道合成图。
18
4
气象卫星特点 Characteristic
这一部分介绍气象卫星在运行轨道、用途、成像等方面上对其进行介绍。
2019/12/30
19
气象卫星的特点
轨道（低轨和高轨）
成像面积大
7
气象卫星发展史
20世纪60年代 第一代气象卫星
1970-1977 第二代气象卫星
2019/12/30
1978至今 第三代气象卫星
8
第一代气象卫星
（1）泰诺斯，电视和红外辐射卫星。 1960-1965年共收射了10颗。均为级轨卫 星。 （2）艾萨，即环境科学服务业务卫星。 （3）云雨实验气象卫星。专用于进行新 的观测仪器的实验，以及对船舶，浮标站 等气象观测资料的收集方式进行实验。 （4）艾托斯，即应用技术实验卫星，是 静止卫星。
短周期重复观测
2019/12/30
资料来源连续、实时性强
20
2019/12/30
轨道（高轨低轨）
2019/12/30
风云2号气象卫星
2010年1月风云二号卫星气象卫星 云图。
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风云三号卫星
风云三号气象卫星是为了满足中国天气预报、气候 预测和环境监测等方面的迫切需求建设的第二代极 轨气象卫星，由三颗卫星组成（FY-3A卫星、FY-3B 卫星、FY-3C卫星），1994年“风云三号”列入航 天技术“九五”规划，风云三号气象卫星2000年11 月国务院正式批准立项。 风云三号气象卫星的目 标是获取地球大气环境的三维、全球、全天候、定 量、高精度资料。
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2019/12/30
风云3号气象卫星
2011年10月，FY-3A/MERSI水情监 测多通道合成图。
18
4
气象卫星特点 Characteristic
这一部分介绍气象卫星在运行轨道、用途、成像等方面上对其进行介绍。
2019/12/30
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气象卫星的特点
轨道（低轨和高轨）
成像面积大
7
气象卫星发展史
20世纪60年代 第一代气象卫星
1970-1977 第二代气象卫星
2019/12/30
1978至今 第三代气象卫星
8
第一代气象卫星
（1）泰诺斯，电视和红外辐射卫星。 1960-1965年共收射了10颗。均为级轨卫 星。 （2）艾萨，即环境科学服务业务卫星。 （3）云雨实验气象卫星。专用于进行新 的观测仪器的实验，以及对船舶，浮标站 等气象观测资料的收集方式进行实验。 （4）艾托斯，即应用技术实验卫星，是 静止卫星。
短周期重复观测
2019/12/30
资料来源连续、实时性强
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2019/12/30
轨道（高轨低轨）
雷达气象与卫星气象概论
★地域条件——应根据地理区域和服务需
求确定天气雷达型号：
• 黄河以南区域以布设S波段为主，其他区域 布设C波段天气雷达。
• 沿海地区以监测热带气旋为主要目标，布 设的新一代天气雷达以S波段天气雷达为主。
• 农垦重点区域以大规模生产作业和防雹、 空中水资源利用等人工影响天气为主要目 标，布设的天气雷达以C波段天气雷达为主。
• 重点城市以城市防灾、公众服务以及重大 社会活动保障服务为主要目标，布设的新 一代天气雷达以S波段为主。
• 重点工程建设以工程建设保障、工程管理 和国家安全为主要目标，布设的新一代天 气雷达以S波段为主。
• 处置紧急突发性事件，保障国防安全、重 大科学试验等特殊需要，可配备车载移动 式雷达。
★建设规模
长江流域拟建雷达站点
图例
■ C波段 ● S波段
黄河流域拟建雷达站点
图例
■ C波段 ● S波段
图例
东
■ C波段
● S波段
部
沿
海
拟
建
雷
达
站
点
图例
■ C波段 ● S波段
东北松 嫩流域 拟建站 点（未 含农垦 2部）
图例
■ C波段 ● S波段
南部沿海拟建雷达站点
珠江流域拟建雷达站点
图例
■ C波段 ● S波段
• 林业重点区域以人工影响天气（空中水资 源利用等）和森林防火为主要目标，布设 的新一代天Байду номын сангаас雷达以C波段天气雷达为主。
• 民航终端区及交通干线以保障飞行和交通 安全为主要目标，布设的新一代天气雷达 以C波段为主。为弥补国家天气雷达监测网 低层覆盖有限的固有缺陷，可在国家天气 雷达网基础上，在航空枢纽和部分干线机 场，专门配备机场终端区天气雷达。
兰州大学《卫星气象学》第1章-绪论
辐射 通量
CERES
25
卫星资料应用（2）：提供用于大气环境、污染物传输监测等的参数。
卫星可提供用于监测大气 环境、污染物传输等所需 的参数。左图表示了起源 于塔克拉玛干沙漠地区的 沙尘气溶胶，主要存在两 条路径传输到太平洋地区 ，一条经过祁连山脉经过 内蒙等地区到达需要5天 左右时间，另一条经过柴 达木盆地-青海-甘肃等地 传输到太平洋地区则需要 更长时间，同时这种情况
28
卫星资料应用（5）：海洋生物资源、海岸带资源调查；海温、海 深、水色、盐度、洋流等的测定；海洋污染监测等——海洋遥感。
《卫星气象学》电子课件（第一版）
29
卫星资料应用（6）：侦查敌国军事力量；监控敌情 ；为导弹，航天器等制导，等等；——军事遥感。
《卫星气象学》电子课件（第一版）
30
1996年，美国宇航局“奋进”号航天飞机在太阳和地球的背景下 相映成辉
《卫星气象学》电子课件（第一版）
14
遥感的概念——气象卫星基础
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。
遥感探测的分类 按方式：被动遥感和主动遥感； 按波段：紫外遥感、可见光遥感、红外遥感和微波遥感； 按对象：大气遥感、海洋遥感、农业遥感和地质地理遥感等
遥感探测的设备：传感器，运载工具，接收系统
遥感探测的内容 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。
《卫星气象学》电子课件（第一版）
15
气象卫星遥感探测的特点
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 使用遥感探测技术 提供丰富的观测资料，受益面广
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。
雷达与卫星气象——第一章气象目标对雷达电磁波的散射
§1.1.3 粒子群的散射
❖ 从讨论知道，粒子群内各粒子之间的无规则运动，使粒子 群造成的瞬时回波功率表现出脉动性。那么，对于处在某一 固定距离上具有一定滴谱分布的云、雨，就不能测得确定的 回波功率瞬时值与它相对应，即粒子群造成的回波，不能简 单地看作各个粒子单独产生的回波的叠加值。
❖ 下面进一步讨论一下较稳定的回波功率值是否存在，如何获 得。
§1.2 球形水滴和冰粒的散射
❖ 描述球形粒子散射特性的一些物理量： 1.后向散射截面（或雷达截面）：表示气 象目标散射特性的物理量
2.雷达反射率
定义雷达反射率为单位体积内全部降水粒子的 雷达截面之和，并以η表示，即
=
❖ 3.反射率因子
反射率因子是雷达描述中最重要的参数。这 一因子从瑞利散射模式中导出，并且从理论上定 义为
❖ 散射理论是r<< 的散射，把球形质点等效于一 电偶极子。
（一般云滴、小雨滴对厘米波长的雷达波的散射 可看作瑞利散射。）
§1.1.2 单个球形粒子的散射—米散射
❖ 当球形粒子的
时，用瑞利公式计算
会产生误差，随着α增大，瑞利散射公式就不
适用了。
❖ 米氏建立了包括“大”、“小”球形粒子在 内的普遍的球形粒子散射理论，并导出了散 射函数的表示式，下面简要地叙述一下米氏 理论的假设和结果。
❖ (一)米氏理论所作的几点假设： (1)粒子是球形的，粒子内外都不含自由电荷， 散射粒子不是导电体；
(2)粒子内、外介质是均匀各向同性的，粒子 外介质一般是空气或真空；
(3)入射电磁波随时间作简谐变化。
❖ (二)米氏理论的结果
从普遍的电磁理沦出发，根据以上假设 条件分析固散射粒子存在而造成的电磁场扰 动，最后得到球形粒子散射的解。如果入射 波是平面偏振波，则散射波有以下几点性质：
卫星气象学第一章 绪论
第一章 绪 论
遥感学院 肖稳安
NANJING UNIVERSITY OF INFORMATION SICENCE & TECHNOLOGY
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
第一章 绪 论
遥感学院 肖稳安
NANJING UNIVERSITY OF INFORMATION SICENCE & TECHNOLOGY
▲气象卫星资料在大气科学中的应用
增加了气象资料的内容和范围 监视暴雨和强雷暴天气 监视海洋上的天气系统 加深了对天气系统的理解 改进了长期天气预报 为海上活动提供指导 提供农业气象资料 应用于军事气象 收集和转发各种气象资料 空间环境监测
技术的研究。
NANJING UNIVERSITY OF INFORMATION SICENCE & TECHNOLOGY
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。
静止卫星观测
第一章 绪 论
遥感学院 肖稳安
NANJING UNIVERSITY OF INFORMATION SICENCE & TECHNOLOGY
第三节 卫星遥感观测资料的作用
在大气科学中的应用 农业遥感中的应用 林业遥感中的应用 海洋遥感中的应用 军事气象中的应用 航空气象中的应用 空间环境监测中的应用 通信中的应用
NANJING UNIVERSITY OF INFORMATION SICENCE & TECHNOLOGY
第一章卫星气象遥感辐射基础
电磁波与地 面物体之间 的相互作用
3. 电磁波谱 • 定义： 按电磁波在真空中传播的波长或频 率，递增或递减排列，则构成了电磁波 谱。该波谱以频率从高到低排列，可以 划分为γ射线、X射线、紫外线、可见 光、红外线、无线电波。
电磁波谱图
第二节
电磁辐射及其主要传输形式
一、电磁波谱图
二、电磁辐射
• 从量子力学的观点来看，电磁辐射可以看 成是一粒一粒以光速运动的粒子流，这些 粒子称为光量子。 • 电磁辐射既具有粒子性，也具有波动性， 粒子性是指辐射能是由一粒粒不连续的光 量子流传播的，是量子化的（能够被发射 或吸收）；而其波动性的特征是每个光量 子具有一定的波长，可以用波的参数如波 长、频率、周期、及振幅等来描述。
（二）、黑体辐射定理
• Planck定律（第一个定律）：
M b( , T ) 2 h c 2
(e
5
hc kT
1)
式中，λ— 波长，μm ；T — 黑体温度K ； h: 普朗克常数6.6260755×10-34 J· S
k: 玻尔兹曼常数，k=1.3806×10-23J/K c: 光速 Mb：为辐射射出度（辐射通亮密度）
Eb
0
E b d
c1 e
5
0
c2 (T )
1
d T
4
黑体表面 发射的通 量密度
式中，σ= 5.67×10-8 w/(m2K4)，是 Stefan-Boltzmann常数。 • 黑体的全波长辐射本领与绝对温度的4次方 成正比；物体温度愈高，其放射能力愈强。 • 黑体温度只要有很小的变化，就会引起辐 射很大的变化 • 对于用辐射精确推算温度十分有利
不同温度下黑体辐射强度与温度的关系
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3、气象卫星资料的接收、处理和存贮、质量控制；
4、气象卫星资料在天气预报、大气科学研究中的应 用，以及在其它有关领域中的应用（如监测森林大火离之外，不直接接触被测物体 和有关物理现象，通过探测仪器接收来自被测 物体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。
2005年2月15日16：41分（北京时间）气象卫星NOAA-16在飞跃南亚上空时，观测到在巴 基斯坦、印度边境地区大范围的沙尘天气。在地面西风的作用下，两国边境地区的荒漠地区发 生严重的沙尘天气，黄色的沙尘与周围覆盖有绿色植被的地区形成强烈反差。随风向，沙尘向 下游地区扩散，印度境内受到的影响相对较大。
在河南、安徽和山东三省交界地区出现了轻到大雾（包括雾凇）天气，其中部分雾区被云覆盖。 经估算雾区面积大约有2.1万平方公里。雾区给当地的交通带来不同程度的影响。
强沙尘暴监测 2001.4.7.
气象卫星监测到新疆南部塔里木盆地出现了沙尘天气。受冷空气影响，塔里 木盆地东部发生沙尘天气，沙尘在偏东大风的输送下自罗布泊向西南方向扩散。 由于沙尘强度较弱，且发生在荒漠地区，其造成的影响有限。
传感器：收集电磁辐射信息的装置（如扫描辐 射仪、相机等）
气象卫星遥感
卫星遥感：
气象卫星遥感： 利用气象卫星对大气进行遥感探测。
卫星遥感技术包括： 1、遥感信息的获取方法的研究（与传感器有关）； 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技术的研究。
三 、气象卫星的观测特点
台风监测
贵州望谟、罗甸大暴雨卫星云图分析
干旱监测
干旱监测
渤海、黄海西北部以及山东半岛南部海域有大雾覆盖，部分雾区上空有云覆盖。卫星监测到的 海上大雾影响面积约为10.8万平方公里响。
监测显示，湖南中部、江西西北部和东北部、安徽南部有大雾覆 盖，部分地区的雾区上空有低云遮挡,大雾影响面积约为2.4万平 方公里
卫星气象学---指研究如何利用气象卫星探 测各种气象要素，并将卫星探测资料应用 到大气科学的一门学科。
卫星气象学的主要内容
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的传输规律；
2、寻找从卫星探测获取大气中主要气象要素和大气 现象的理论和方法。包括最佳光谱段选取的研究，传 感器的设计研究，以及气象卫星资料反演方法的研究；
一、在大气科学领域中的应用
1、卫星资料是日常天气分析预报的重要依据。 ……
2、监视暴雨、强雷暴等灾害性天气系统 ……
3、监视热带洋面上的低压、台风等天气系统 ……
4、改进中长期天气预报 ……
5、为数值天气预报提供资料 ……
6、在气候研究方面的应用 ……
风云二号监测天气
•105E赤道上空 •每半小时测得一 幅全圆盘图像
目前已成功地从气象卫星观测资料中导出了全球大 气温度和湿度廓线、辐射平衡、海陆表面温度及云 顶温度、风场、云参数、冰雪覆盖、云中液态水含 量和降水量、臭氧总量和廓线、陆地下垫面状态植 被状况等诸多重要气候和环境参数，这是任何其它 观测手段所不能观测的。这是一场观测方法的重要 变革。
第2节 卫星资料在大气科学和其它领域的应用
卫星观测方法优势
资料一致性优势
与地面和高空常规观测相比，卫星资料具有内在的均 一性和好的代表性；
尽管世界气象组织（WMO）已经颁布了一系列规范， 来统一常规观测仪器的性能和观测方法，但仍不能避 免不同国家和地区、使用不同仪器和方法获得的资料 的不一致性；
站分布的不均匀等使资料的不确定性增加(点)； 气象卫星是在较长一段时期内使用同一仪器对全球进
行观测，资料的相对可比较性强、分布均匀一致性好。 卫星资料则是对一定视场面积内的取样平均值，具有 较好的区域代表性(面)。
卫星观测方法优势:
综合参数观测优势
气象卫星从大气层外这个新视角观测地球—大气系统。 有些重要的气候变量，特别是通过整个垂直方向大 气层的积分参数，如地气系统的反照率、大气顶的 地气系统射出长波辐射，只能通过气象卫星观测获 得；
卫星的大范围观测，使人类第一次获得几乎无常规观 测的大范围海洋、两极和沙漠地区的资料；
目前已经可以通过卫星观测系统，获取全球或任何感 兴趣区域的空间连续的高分辨率气象和环境资料，不 受国界限制
极轨气象卫星具有全球观测能力
14条轨道合成的全球图像
三颗静止卫星即 可获取覆盖全球 的观测资料
卫星观测方法优势:
1、实现全球和大范围观测； 2、在空间自上而下观测； 3、采用遥感探测方式；
卫星观测方法优势:
空间覆盖优势
极轨气象卫星在约900km的高空对地观测，一条轨道 的扫描宽度就可达3000km，每天都可以得到覆盖全 球的资料；
地球静止卫星在3．6万公里的高空观测地球，一颗静 止卫星的观测面积就可达1亿7千万平方公里，约为地 球表面的1／3；
时间取样优势
气象卫星观测可以大大地改善资料的时间取样 频次。特别是静止气象卫星双星可获得每15分 钟一次的大范围实时资料，非常有利于对灾害 性天气进行动态监测；
双星组网的极轨气象卫星也可以每天提供4次全 球覆盖的图象资料和垂直探测资料。而常规高 空站每天只在00时12时（世界时）进行两次观 测，且无法观测海洋和无人地区。
气溶胶监测
灰霾的扩散过程监测(03年12月22-25日 )
卫星监测海面温度
二、在其它领域的应用
1、为农业提供气象资料； 2、 监视森林大火、地表热异常； 3、卫星资料在水文方面的应用； 4、为海洋活动提供气象资料； 5、为航空提供飞行保障； 6、为军事提供气象服务； 7、空间环境监视 ……
风云一号监测中国及周边地区植被
卫星气象学
第一章 绪论
卫星观测不仅是气象观测的重要组成部分，而且是未来地球信息观测的主流。
本章主要内容：
1、卫星气象学与卫星遥感 2、卫星资料在大气科学和其它领域中 的应用
3、气象卫星种类及其发展概况
第1节 卫星气象学与卫星遥感
一、气象卫星和卫星气象学
气象卫星---专门用于气象目的（气象要素 的探测）的卫星。
4、气象卫星资料在天气预报、大气科学研究中的应 用，以及在其它有关领域中的应用（如监测森林大火离之外，不直接接触被测物体 和有关物理现象，通过探测仪器接收来自被测 物体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。
2005年2月15日16：41分（北京时间）气象卫星NOAA-16在飞跃南亚上空时，观测到在巴 基斯坦、印度边境地区大范围的沙尘天气。在地面西风的作用下，两国边境地区的荒漠地区发 生严重的沙尘天气，黄色的沙尘与周围覆盖有绿色植被的地区形成强烈反差。随风向，沙尘向 下游地区扩散，印度境内受到的影响相对较大。
在河南、安徽和山东三省交界地区出现了轻到大雾（包括雾凇）天气，其中部分雾区被云覆盖。 经估算雾区面积大约有2.1万平方公里。雾区给当地的交通带来不同程度的影响。
强沙尘暴监测 2001.4.7.
气象卫星监测到新疆南部塔里木盆地出现了沙尘天气。受冷空气影响，塔里 木盆地东部发生沙尘天气，沙尘在偏东大风的输送下自罗布泊向西南方向扩散。 由于沙尘强度较弱，且发生在荒漠地区，其造成的影响有限。
传感器：收集电磁辐射信息的装置（如扫描辐 射仪、相机等）
气象卫星遥感
卫星遥感：
气象卫星遥感： 利用气象卫星对大气进行遥感探测。
卫星遥感技术包括： 1、遥感信息的获取方法的研究（与传感器有关）； 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技术的研究。
三 、气象卫星的观测特点
台风监测
贵州望谟、罗甸大暴雨卫星云图分析
干旱监测
干旱监测
渤海、黄海西北部以及山东半岛南部海域有大雾覆盖，部分雾区上空有云覆盖。卫星监测到的 海上大雾影响面积约为10.8万平方公里响。
监测显示，湖南中部、江西西北部和东北部、安徽南部有大雾覆 盖，部分地区的雾区上空有低云遮挡,大雾影响面积约为2.4万平 方公里
卫星气象学---指研究如何利用气象卫星探 测各种气象要素，并将卫星探测资料应用 到大气科学的一门学科。
卫星气象学的主要内容
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的传输规律；
2、寻找从卫星探测获取大气中主要气象要素和大气 现象的理论和方法。包括最佳光谱段选取的研究，传 感器的设计研究，以及气象卫星资料反演方法的研究；
一、在大气科学领域中的应用
1、卫星资料是日常天气分析预报的重要依据。 ……
2、监视暴雨、强雷暴等灾害性天气系统 ……
3、监视热带洋面上的低压、台风等天气系统 ……
4、改进中长期天气预报 ……
5、为数值天气预报提供资料 ……
6、在气候研究方面的应用 ……
风云二号监测天气
•105E赤道上空 •每半小时测得一 幅全圆盘图像
目前已成功地从气象卫星观测资料中导出了全球大 气温度和湿度廓线、辐射平衡、海陆表面温度及云 顶温度、风场、云参数、冰雪覆盖、云中液态水含 量和降水量、臭氧总量和廓线、陆地下垫面状态植 被状况等诸多重要气候和环境参数，这是任何其它 观测手段所不能观测的。这是一场观测方法的重要 变革。
第2节 卫星资料在大气科学和其它领域的应用
卫星观测方法优势
资料一致性优势
与地面和高空常规观测相比，卫星资料具有内在的均 一性和好的代表性；
尽管世界气象组织（WMO）已经颁布了一系列规范， 来统一常规观测仪器的性能和观测方法，但仍不能避 免不同国家和地区、使用不同仪器和方法获得的资料 的不一致性；
站分布的不均匀等使资料的不确定性增加(点)； 气象卫星是在较长一段时期内使用同一仪器对全球进
行观测，资料的相对可比较性强、分布均匀一致性好。 卫星资料则是对一定视场面积内的取样平均值，具有 较好的区域代表性(面)。
卫星观测方法优势:
综合参数观测优势
气象卫星从大气层外这个新视角观测地球—大气系统。 有些重要的气候变量，特别是通过整个垂直方向大 气层的积分参数，如地气系统的反照率、大气顶的 地气系统射出长波辐射，只能通过气象卫星观测获 得；
卫星的大范围观测，使人类第一次获得几乎无常规观 测的大范围海洋、两极和沙漠地区的资料；
目前已经可以通过卫星观测系统，获取全球或任何感 兴趣区域的空间连续的高分辨率气象和环境资料，不 受国界限制
极轨气象卫星具有全球观测能力
14条轨道合成的全球图像
三颗静止卫星即 可获取覆盖全球 的观测资料
卫星观测方法优势:
1、实现全球和大范围观测； 2、在空间自上而下观测； 3、采用遥感探测方式；
卫星观测方法优势:
空间覆盖优势
极轨气象卫星在约900km的高空对地观测，一条轨道 的扫描宽度就可达3000km，每天都可以得到覆盖全 球的资料；
地球静止卫星在3．6万公里的高空观测地球，一颗静 止卫星的观测面积就可达1亿7千万平方公里，约为地 球表面的1／3；
时间取样优势
气象卫星观测可以大大地改善资料的时间取样 频次。特别是静止气象卫星双星可获得每15分 钟一次的大范围实时资料，非常有利于对灾害 性天气进行动态监测；
双星组网的极轨气象卫星也可以每天提供4次全 球覆盖的图象资料和垂直探测资料。而常规高 空站每天只在00时12时（世界时）进行两次观 测，且无法观测海洋和无人地区。
气溶胶监测
灰霾的扩散过程监测(03年12月22-25日 )
卫星监测海面温度
二、在其它领域的应用
1、为农业提供气象资料； 2、 监视森林大火、地表热异常； 3、卫星资料在水文方面的应用； 4、为海洋活动提供气象资料； 5、为航空提供飞行保障； 6、为军事提供气象服务； 7、空间环境监视 ……
风云一号监测中国及周边地区植被
卫星气象学
第一章 绪论
卫星观测不仅是气象观测的重要组成部分，而且是未来地球信息观测的主流。
本章主要内容：
1、卫星气象学与卫星遥感 2、卫星资料在大气科学和其它领域中 的应用
3、气象卫星种类及其发展概况
第1节 卫星气象学与卫星遥感
一、气象卫星和卫星气象学
气象卫星---专门用于气象目的（气象要素 的探测）的卫星。