卫星气象学-1.1详解
卫星气象学课件：第5章 卫星云图分析基础0-1
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？
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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
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。
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。
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。
天气预报及气象知识详解
天气预报及气象知识详解1. 引言1.1 概述天气对我们的日常生活和各行各业都产生着重要的影响。
了解天气状况并能够准确预测未来的天气变化，不仅可以帮助我们合理安排出行计划和工作安排，还能够在灾害发生前提醒人们采取相应的防护措施。
因此，天气预报及相关的气象知识备受关注。
本文将深入探讨天气预报及其背后的基本原理，并详细介绍常见问题与解答。
同时，我们还将分析不同季节的天气特点以及温度、湿度和压力对天气的影响等诸多气象知识。
通过全面解析这些内容，读者将能够更好地了解和应用气象知识。
1.2 文章结构本文共分为五个部分，每个部分都有清晰明确的主题。
首先是引言部分，概述了本文要探讨的内容和目标。
接下来是“天气预报的基本原理”部分，包括了气象观测和数据收集、天气现象解读与分析以及预报模型和算法等方面的内容。
第三部分是“天气预报的常见问题与解答”，在这一部分中我们将回答为什么天气预报会出现误差、如何准确预测特殊天气事件以及如何有效利用天气预报信息等问题。
第四部分是“气象知识解析与应用”，我们将详细介绍温度、湿度和压力对天气的影响与变化规律，以及水文循环对天气的影响等方面的知识。
最后，在“结论”部分，我们将总结文章要点并展望未来发展方向和应用前景。
1.3 目的本文旨在帮助读者全面了解天气预报及其背后的基本原理，解答人们常见的关于天气预报的问题，并探索和应用有关的气象知识。
通过本文所提供的信息和知识，读者可以更深入地理解和利用天气预报数据，提高自己对未来天气变化的认知能力，并且合理安排日常生活和工作计划。
此外，本文还希望引起读者对气象学科研究和发展前景的关注，促进相关领域在未来取得更大进步。
2. 天气预报的基本原理:天气预报是通过观测、收集和分析气象数据，应用预报模型和算法来推测未来一段时间内的天气变化。
它基于大气科学原理和数值计算方法，旨在提供准确的天气信息，帮助人们做出合理的决策。
2.1 气象观测和数据收集:天气观测是获取天气数据的重要手段之一。
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。
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）
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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。
卫星气象学第二章 气象卫星及其轨道
• 其优点是卫星每天对地球表面巡视两遍， 可以获得全球气象资料，缺点是对某一地 区每天只能观测两次。
春 15：00
地 球
轨
道
太阳
夏
15：00
秋
卫星轨道 冬
15：00
15：00
卫星轨道面 与太阳的相 对取向保持 不变，即， 每天过升交 点的局地时 间相同。
• 在绕行几圈的过程中，地面控制站对其姿态进行 调整，当其到达远地点时，启动卫星上的远地点 的发动机，使它改变航向，进入地球赤道平面， 同时加速卫星使之达到在同步轨道上运行所需的 速度后，还需对其姿态作进一步的调整，才能准 确地把卫星送入赤道上空的同步轨道。
地球同步卫星的精度要求比一般卫星高得多。 该卫星的轨道平面与地球赤道平面重合，绕地球 运行的周期T与地球自转周期Te严格相等;T=Te=23 小时56分4秒。这样每隔24小时，地球与卫星一起 转过一圈加上在地球公转轨道上转过360 °的 1/365。所以从地面上看，地球同步卫星好象是固 定在赤道某点的正上方。
• 第一阶段：垂直上升阶段。由于在地球表 面附近，大气稠密，火箭飞行时受到的阻 力很大， 为了尽快离开大气层，通常采用 垂直向上发射，况且垂直发射容易保证飞 行的稳定。发射后经很短几分钟的加速使 火箭已达相当大的速度，至第一火箭脱离 时，火箭已处于稠密大气层之外了。此后 第二级火箭点火继续加速，直至其脱落。
• 静止卫星每24小时完成一条完整的轨道， 所以运行周期约与地球自转周期同步，因 此，静止卫星又称为地球同步卫星，它在 某一地区的赤道上空静止不动。
• 静止卫星最容易通过快速自旋达到稳定 （称之为"自旋稳定"）。在自旋稳定系统 中，图象的获取方式是：扫描镜随卫星自 旋完成扫描，并以步进方式从一极倾向另 一极，步进速度恰好使得卫星每扫描一圈， 地面上被扫过的带状区域互相衔接。扫描 一幅全园盘图约需25分钟。
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。
气象卫星阅读答案
气象卫星阅读答案气象卫星阅读答案【篇一：卫星气象习题】章1. 什么是气象卫星？什么是卫星气象？卫星气象的主要内容主要有那些？2. 什么是遥感 ? 什么是传感器 ? 什么时候是运载工具 ? 什么是卫星遥感?它包括那几部分 ?3. 什么是主动遥感 ? 什么是被动遥感 ? 它们有那些主要特点 ?4. 气象卫星观测与常规气象观测相比较，有那些特点 ?5. 当前气象卫星可以获取那些资料？可以获取那些信息？6. 气象卫星资料在大气科学和其它领域中主要有那些应用?7. 我国的气象卫星分为那两大类？fy-1和fy-2卫星有那些主要特点？中国气象卫星观测体系有那几部分组成？卫星观测仪器的主要性能和用途有那些？8. 美国气象卫星有那几类？业务卫星已有几代？每一代卫星较前一代卫星的改进主要有那些？9. trmm卫星携带有那些仪器？主要功能有那些？10. 什么是地球观测系统？它的目标和任务有那些？11. 陆地卫星、海洋卫星的主要观测目的有那些？它主有那几种观测仪器？第二章1．开普勒三定律主要的内容有那些？它主要说明那三个问题？卫星轨道形状有那几种？卫星的周期主要决定于什么？卫星的速度主要取决于什么？2. 在天球坐标系中卫星的轨道参数有那些？什么是近地点角和平均近点角？什么是真近地点角和偏近地点角？星下点？轨道数？升交点？截距及其轨道升交点的计算？前进轨道和后退轨道？其主要表示轨道的什么特性？3. 如何确定卫星在空间中的位置？4. 什么是卫星轨道的摄动？引起卫星轨道摄动的原因有那些？它使卫星的那些轨道参数发生改变？5. 什么是卫星轨道平面的进动？它决定于那些因素？6. 试证明：vmin ?vmax = (1? e ) (1 + e )7. 为什么卫星受地球大气阻力的作用使轨道半径减小？且轨道越来越圆？为什么卫星受摩擦阻力越大，卫星的速度却越来越大？8. 我国第一颗人造卫星的近地点为439km，远地点为2384km，试求卫星轨道的偏心率，近地点和远地点的速度？卫星的周期和卫星的轨道方程？9. 若人造卫星发射到300km高空，以8km/s的速度沿与矢径垂直方向运动，试计算远地点速度、长短半轴、偏心率和周期？10. 什么是准极地太阳同步卫星轨道？它是如何实现的？主要的优点和缺点有那些？11. 什么是静止卫星轨道？它是如何实现的？主要的优点和缺点有那些？o12. 若在30上空向正东水平方向发射一颗卫星，试问卫星的倾角是多少？o13. 若卫星的倾角为180，试问卫星每隔6小时、8 小时观测同一地点的卫星高度和速度为多少？14. 我国风云1号卫星为高度900km的圆形太阳同步轨道，试求卫星的周期和截距？卫星轨道的倾角是多少？o o15.若风云1号卫星第n条卫星轨道的升交点经度为17 e或175 w，升交点时间为世界时13时20分，试求第n条卫星轨道降交点的时间和经度？第n+1条卫星轨道升交点时间和经度？地方时间是多少？16.若气象卫星的高度为h，地球半径为ae，试证明卫星仪器对地球张的立体角为1/22?[]?（aeh+h2）/（ae+h）]17.试求fy-1和fy2卫星对地球所张的立体角？18. 什么是卫星蚀？静止卫星轨道漂移的原因那些？如何克服卫星在轨道上的漂移？19. 试述极轨卫星和静止卫星的发射过程？20. 什么是卫星的姿态？实现稳定的卫星姿态的方法有那些？它是如何实现的？21. 卫星星体的形状与那些因素有关？为什么自旋稳定的卫星星体呈圆柱形？重力梯度稳定的卫星的形状是什么样子?三轴定向稳定卫星形状又是什么样子?它与能量间的关系如何?第三章1.电磁波谱主要由那些波段组成,这些波段的范围是多少?它遥感中的作用是什么?2.试求波长? =0.5?m，1.0?m,5?m,10?m,15?m的频率和波数?3.试问等式bf(t)= b?(t)= b?(t)是否成立?为什么?4.卫星上的红外扫描辐射仪测量地表10?m大气窗区发射的红外辐射,假定卫星和地表之间大气效应忽略不计,问当在波长10?m处观测到的辐亮度为0.98?102尔格/秒/厘米/微米/球面度时，地表的温度是多少？o5.温度为15c的黑钵地面在所有频率发射辐射，试求它在0.7?m，1000cm?1，和331.4ghz处发出的辐亮度是多少?o6.一束平行辐射以铅直方向交60角入射, 并通过100米厚的气层，吸收气体的平均密度为0.1千克?米?3，该气层对波长?1，?2，?3 的辐射的吸收系数分别为210?3，10?1，1米?千克?110?m，试求该气层对这三波长的光学厚度?，透过率和吸收率？7.考虑温度为t的等温无散射大气，地表温度为ts，试求光学厚度为?的大气顶处射出的通量密度表达式？ 48.若假定地表为黑体，大气散射可以略去，又如果大气温度t和地面相同，试求大气顶发出的辐射，且问大气是否为黑体？9.若有一块云层为黑体，其云顶和云底温度分别为tt和tb，试写出地对空和空对地的遥感方程？10.试用气压对数压力坐标?= ln (pm / p )表达红外辐射传输方程，假如吸收系数不随高度变化，试证此时的权重函数为k( ?, ? ) = p / pm exp( ? p / pm )11. 考虑大气中从气压p1 / p2（p1 ? p2）到之间的吸收气体，假定温度变化略略不计，吸收气体混合比q为常数，则证明a) p1 到 p2（p1 ? p2）之间的吸收气体含量为 u = q（p1 ? p2）/gb)??~1t? = 1? ??12. 若卫星在大气窗区观测视场内有云，云量为，不计大气效应，地表和云为黑体，则卫星测量到的辐射率为l? = ncb? (tc) + (1?nc) b? (ts)式中ts和tc分别为地面和云顶温度，设有个窗区? 1=3.7?m，? 2 =11?m，且令tc = 260k，ts = 300k, nc = 0.5, 试求出这两个通道的亮温，那个通道受云的影响大？13. 在无云的夜间，卫星在窗区测到的辐射为l? = ??s b? (ts)若地面温度ts = 300k，地面发射率为??s= 0.5，试求出这两个通道的亮温，那个通道受地面发射率的影响大？14. 卫星用3.7?m和11?m窗区测量地面温度为300k的地表，则辐射率的测量的准确度为百分之几时，温度的测量精度才能达到1k？（提示：由l? = b? (t)，计算? l? / l?, 令?t = 1k, ts = 300k）15. 如果卫星观测到的红外辐射传输方程为1~~l? = b? (ts)t? s + ~b? (t(z))dt? ?t?s利用中值定理写为~~l? = b? (ts)t? s + b? (t) (1 ?t? s) ~式中t=t(z) 为大气的有效辐射温度，若t = 270k，t? s = 0.8,ts = 300k试求出3.7?m和11?m亮度温度？那个通道受水汽影响大？16. 卫星在红外大气窗区测量到的地表温度为ts，在co2的? 1通道测量的辐射率为l?1，则卫星在波长测到的大气辐射为多少?17. 若地球大气系统的反照率为a，大气的反照率为aa,地面反照率为as，证明~~aat1t2a = aa + (1?aaas)式中t1和t2分别为入射和反射的透射函数18. 假如大气中有云量为的云层，和分别为云层以上和以下大气的透过率，为地面反照率，证明a）到达地面的太阳辐射通量密度为式中为入射大气顶的太阳辐照度，为云层反照率。
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)， Ω = 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。
卫星气象学
《卫星气象学》第一章1、卫星常用的通道和相关的观测目的可见光：白天云/地表特征，大气污染近红外：水体边界、冰雪融化、植被短红外：高精度海温、火山、森林火灾、夜间情况长红外：海温、日、夜云2、何谓遥感遥感就是在一定距离之外，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。
第二章1、卫星运动三定律第一，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，在地球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。
2、风云系列卫星风云2系列卫星属于静止卫星风云1系列卫星属于极轨卫星3、卫星入轨速度卫星在地面入轨时所需要的最小速度是第一宇宙速度。
地面发射一颗行星所需的最小速度是第二宇宙速度。
卫星脱离太阳系进入银河系的速度为第三宇宙速度4、静止卫星和极轨卫星的优缺点。
静止卫星作为一个气象观测平台有许多优点：①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，约占地球表面1／3约亿平方公里进行观测；②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。
把间隔为5分钟的图片连接成电影，可以连续观察天气云系的演变。
静止卫星的不足是：①它不能观测南北极区。
②由于离地球很远，若要得到清楚的图片，对仪器的要求很高。
③卫星轨道有限。
太阳同步轨道的优缺点太阳同步轨道的优点有：①太阳同步轨道近似为圆形，轨道预告、资料接收定位都很方便；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在观测时有合适的照明，可以得到充足的太阳能。
太阳同步轨道的缺点是：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。
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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)。