卫星气象学基础
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？
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
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。
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。
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ppt课件
26
绝对黑体：所有波长吸收率均为1，A = 1。
单色黑体：某一波长吸收率为1，Al = 1 。 灰 体 ：吸收率不随波长变化，但小于1。
1859年，德国物理学家Kirchhoff辐射定律指出物 体在已知温度下，对辐射能之放射率或吸收率与 物体表面之性质有关。而黑色物质对辐射能具有 较大的吸收能力。如果一个物体在任何温度下能 吸收任何频率的辐射能，那么这个物体便称为黑 体。事实上，完全黑体并不存在，研究黑体辐射 时，常以人工制成一完全黑体讨论之。如图所示， 当外界辐射能经由小孔射于空腔时，此辐射能经 过多次反射后，几乎无机会再由小孔出现，故可 视为辐射能被空腔所完全吸收，而称之以完全黑 体。若加热此物体至某一温度，观察由小孔辐射 出之光谱其光谱与在同一温度之黑体所吸收辐射 者，完全相同。
关系： f=c
f=C/ =c/f =1/ =f/c
单位：
1千兆赫（GHz ）= 103兆赫（MHz ）= 106千赫（KHz ）= 109赫（Hz ） 1米(m)=102厘米（cm）=103毫米（mm）=106微米（m）=109纳米（nm）
11
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
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
卫星气象学复习课
卫星气象学复习课第一章绪论1、卫星气象学与卫星遥感气象卫星、卫星气象学、遥感及其分类；气象卫星遥感；2、气象卫星的种类及我们国家气象卫星进展概况其次章卫星运动规律和气象卫星轨道1、卫星的轨道参数地理坐标中的轨道参数：星下点、升交点和降交点、截距、倾角2、气象卫星轨道的分类（按卫星轨道参数分类：如倾角、高度、偏心率）第三章卫星遥感辐射基础1、电磁波段的划分2、辐射能、辐射通量、辐射通量密度、汲取率、放射率、黑体、灰体第四章卫星观测仪器和观测要素及区分率1、卫星探测区分率卫星探测的区分率有三种：空间区分率、灰度区分率或温度区分率和时间区分率；几种区分率之间的关系；2、卫星对地的扫描方式大致有四种：1）单个探测器线扫描2）多探测器扫描3）线性阵列探测器前推式扫描4）圆锥扫描：2、卫星云图的图像表示和增加处理图像的数字化、卫星云图的增加处理（反差增加、分层增加）第五章卫星云图分析基础1、可见光云图的基本特点：可见光云图色调的主要影响因子一反照率和太阳高度角2、红外云图的基本特点：影响红外云图色调的因子；3、卫星云图上识别云的六个判据：结构型式、范围大小、边界外形、色调、暗影和纹理4、卫星云图上各类云的识别：积云、积雨云、卷云、层云等第六章中纬度天气系统的卫星云图分析1、大尺度云系类型：带状云系、涡旋云系2、逗点云系、斜压叶状云系、变形场云系、细包状云系（云型及其与凹凸流场的配置）3、水汽图的边界分析：头边界、内边界、干涌边界和底边界、回流边界4、采用卫星云图分析500hPa槽线：1）逗点云系定槽线；2）由大片中高云云区定槽线位置；5、卫星云图确定地面高压脊线位置；6、采用卫星云图确定地面冷锋的位置；冷锋云系的强度变化、我们国家南方冷锋云系及其移动特征。
7、暖锋云系、锢囚锋云系、静止锋云系的云图特征8、我们国家夏季梅雨锋云系特点9、确定高空急流轴的四条规章第七章卫星云图在热带天气分析和预报中的应用1、热带地区云的类别和云系的尺度分类2、热带云团的垂直空间结构、云团种类；3、热带辐合带（ITCZ）云系特点，及其长、短期变化特征；热带辐合云带的类型；4、台风的云系结构、推断热带扰动进展成台风的云图特征、台风云型的主要类型、卫星云图上确定台风中心。
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。
卫星气象学课件：第6章 中纬度天气系统0-4
3、 确定急流轴的几条规则
规则1：卷云盾往往形成或持续出现在急流轴的反气旋一侧，并 且沿着此轴有一条轮廓分明的云带。该卷云盾称作斜压带卷 云(图6.84a)。
规则2：没有规则1中的斜压带卷云出现，但有其它高云或中云组成的云 带存在，急流跨越云带下游处的最前方(图6.84b中A处)。云带的上 游边界(图6.84b中B处)通常轮廓清晰，在孔口里或孔口上形成“U” 或“V”字形，并伴有最大风速轴。这种云型对发展中的短波系统可 靠，尤其是短波移经一个长波带状云型或者一个长波脊的锋面一侧 时更为典型。
① 锋面云带变宽； ②云区向冷气团一侧凸起(这表明西南暖湿气流在加强，出现暖锋锋生)； ③云区的色调变白、中高云增多(上升运动加大)和顶部卷云表现反气旋弯
曲(出现高空辐散)； ④云带向冷气团凸起的地方就是地面旋发展的地方。在波动阶段，云区
没有涡旋结构，地面天气图上也没有环流出现，但是在卫星云图上已 可确定其发生。
②在气旋云区的西北方向上有东北西南走向的云带移近该 云区，则气旋将发展；
③如果气旋云区十分密实(垂直运动强)，且明显向冷区凸 起(偏南气流加大)，云区北界出现向东北方向伸出的纤 维状卷云羽或反气旋弯曲的卷云区，表示高空有强烈的 辐散，则气旋进一步发展。
第六节 高空急流云系
由卫星云图可以定出高空急流云系的位置及高空急 流的变化，对于航空保障有重要的作用；研究表明， 高空急流与暴雨、强对流天气的发生发展有着密切的 关系。
5、衰亡阶段
①螺旋云带断裂，云系不完整； ②云区内中高云甚少，以中低云为主，云区中出现无云区，在夏
季云区内有时出现孤立的对流云小单体； ③冷锋云带与螺旋云区分开，这时的螺旋云区在500hPa上一般有
冷中心，地面是一个完整消散的低压。
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。
卫星气象学复习题08
卫星气象学复习题一、名词解释：1、遥感2、短波辐射3、长波辐射4、太阳同步轨道5、地球同步轨道6、卫星运行周期7、轨道倾角8、可见光辐射9、红外辐射10、带状云系11、涡旋云系12、急流云系13、亮度温度14、色调15、暗影16、分辨率17、大气窗18、灰度等级：19、通道 20、太阳高度角；21、暖输送带；22、冷输送带；23、太阳常数；24、辐射的基本定律二、简答题1、极轨卫星和静止卫星的观测特点是什么？优缺点。
2、什么是可见光云图？有什么特征？3、什么是红外云图？有何特征？4、什么是水汽图像？有何特征？5、红外云图上海陆色调有什么变化？6、卫星云图上识别云的主要依据是什么？7、卫星云图上卷状云、层状云、积状云的基本特征是什么？8、可见光和红外云图上地表特征如何识别？9、卫星云图上能识别出哪些天气尺度的云系？10、各种云系与天气系统有何关系？11、温带气旋云型分几个阶段各有何特征？12、冷暖锋云系的主要特征是什么？13、高空急流云系的特征是什么？①极锋急流云系②副热带急流14、台风云系的基本特征是什么？15、水汽图像（6．7µm）基本特征是什么？16、水汽图象上水汽的边界形式有哪几种？17、暖输送带和冷输送带云系各有何特征？18、卫星云图上干气流的位置及特征如何？19、气象卫星云图上常见的云型、云系有哪些各有何特征？20、可见光云图上的亮度与反照率、太阳高度角、云的厚度、云的种类和组成有何关系？21、卫星观测仪器应满足的条件是什么？22、可见光云图观测原理是什么？主要影响因子和基本特征是什么？23、分析卫星云图，通常要分析哪几方面的内容？24、卷云的一般特特征是什么？25、积雨云的主要特征是什么？26、中云（高层云和高积云）的基本特征是什么？27、积云、浓积云的基本特征是什么？28、低云（层积云、层云（雾）、雨层云）基本特征是什么？29、气象卫星云图上常见的云型、云系有哪些各有何特征？30、影响可见光、红外云图亮度的主要因素各有哪些？31、地表面反射的强弱与什么有关？32、造成地球大气辐射衰减的主要原因是什么？34、太阳辐射通过大气到地球时、大气和云层所反射、吸收、地表吸收各占多少？35、地球发射的能量如何表示？36、太阳、地球的辐射温度大约是多少？三、论述题1、各国气象卫星的发展现状。
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。
卫星气象学课件5-liya
卫星水汽图主要分析动力气象。到达卫星的辐射受许多变 量影响。对6.7µm波长来说，主要有大气中水汽含量，水汽垂直 位置以及水汽的温度等三个因素。
为了便于使用，初步归纳为以下几条：
第一：高云区在水汽图象上与在红外云图上一样，都表现为灰白 色。只是水汽图象上在高云的范围以外还有水汽可以被观测到， 所以高云边界模糊。因此，在水汽图上白亮区的边界往往不是云 的边界，水汽图上云区以外较亮（暗）的地区表示湿层的顶部较 高（低）。特别暗的地区一般对流层中上部有明显下沉运动。
特征：水汽图上的头边界表现为边界整齐光滑，向上游一侧凸起， 它的一侧为冷的湿区和高云区，另一侧为一狭窄的干黑带。 头边界一般出现在两种情形中：一种是逗点云的头部西界，另一 种是雷暴云的西南边界。
水汽区
流线 急流
头边界
头边界
5.2.2 头边界的高空分析个例
A处代表头边界的位置，这个例 子所示的天气系统是一个冬季 风暴，头边界和高层风场的基 本关系与前述特征大致相同。 头边界位于300hPa风场的鞍形 伸展轴一带，在鞍形场以南、 以北近于与风向平行。在这个 例子中，一急流分支出现在沿 头边界向极地一端。
示。这一波段观测的辐射图象称为水汽图象，一般在水汽图上，
白色调表示能量很低的辐射或冷亮温，黑色表示高能辐射或暖亮
温。
到达卫星的水汽辐射来自有一定厚度的各
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
“总”温度，而不是某一个特定面或层的温
度。
气层水汽浓度越大，辐射能穿过的气层越 薄，这就好比一个人在雾中望远，可见距离 随雾密度的增加而减小。我们可以认为卫星 以同样的方式，向下“看”水汽，但它测到 的或“看到”的是水汽所发射的能量，以亮 不能提供大气整层水汽含量的信息温，代而表只而能不获是得可在以气看层得中见、的上光层。水因汽此分，布6情.7况µm。 6.7µm水汽图对大气层中上层水汽波反段映敏感，对大气低层的水汽与云反映不敏 感，而水汽主要分布在大气中、低层次。
- 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)。
白天用3.7 μm 图象判别 冰晶和大水滴
大于10 μm水滴和冰晶对来自太阳 的3.7 μm辐射有强烈的吸收， 反照率低 卫星收到的辐射能少
云在白天的可见光和3.7 μm图象中的表现
可见光图象 云呈灰或白色 多次散射云很亮 反照率取决于云厚和含水量 透过高层薄云能看到低层云 3.7 μm通道图象 云可从黑到白的任何色调 无多次散射云呈黑色 反照率取决于云滴的大小 透过高层薄云不能看到低层云
风云二号 5个通道 通道 VIS IR1 IR2 IR3 IR4 波长 (μm ) 0.55～0.90 10.3～11.3 11.5 ～ 12.5 6.3～7.6 3.5 ～4.0
IR4
3.5 ～4.0
• 本通道的中心波长是3.7 μm • 3.7 μm是大气窗区 • 它位于反射太阳辐射及地球、云所发射的 辐射之间的小重叠区中 • 夜间它与标准红外波段一样 • 白天太阳和地球的辐射混合在一起
• 高度高，视野广阔，一个静止气象 卫星可以对南北70°S—70°N，东 西140个经度，约占地球表面1/3的 1亿7千万平方公里进行观测
• 可以对某一固定区域、天气系统进 行连续观测，用1分钟、3分钟、5 分钟、15分钟、30分钟的图片做成 动画
风云二号 5个通道
Channel Wavelength (μm ) VIS 0.55～0.90 （地云反射太阳辐射） IR1 10.3～11.3 （地云自身发射辐射） IR2 11.5 ～ 12.5 （地云自身发射辐射） IR3 6.3～7.6 （地云水汽自身发射辐射） IR4 3.5 ～4.0 （地云反射太阳辐射 +自身发射辐射）
杜 苏 芮
不 对 称 的 热 带 风 暴
• 风云二号静止气象卫星上的 • 可见光波段通道是0.55-0.90微米 • 星下点分辨率1.25公里
• 北纬50度2公里
• 高反照率的云具有的特点： 云的厚度大；云水(冰)含量高； 云滴的平均尺度小。 • 低反照率的云具有的特点： 云的厚度小；云水(冰)含量低； 云滴的平均尺度大。
可见光与红外图象色调的比较
红 外 图 上 黑 灰 都 可 以 是 无 云
通道4 红外水汽吸收带图象
水汽图象 6.7µm波长 属红外波段 水汽强吸收带
•辐射强度 •与发射辐射的物体或 物质的温度 •有关
•如果在物体与卫星之间 •存在水汽 •这些水汽会吸收 •一部分向上的辐射 •并会再辐射
• 因为水汽通常冷于从下向上发出辐射的 地面与云顶，水汽的再辐射通常发生在 较小的能量水平上 • 到达卫星的辐射路径上存在水汽的影响 会减弱卫星观测到的净辐射强度 • 由于水汽的存在，卫星测得的温度要比 实际低 • 就是根据这个道理，卫星可以探测悬浮 在大气中的水汽
1 Km to 250 m
Hurricane Erin 09/09/01 ~1530 Z GOES-8: ~1 km
•Note the detail in the eye wall (you can see up its side), improving the resolution of visible imagery provides enhanced ability to analyze a cloud field
气象卫星图象的
解译和判读
一个探测原理
两种地球卫星 五通道卫星图象 六条识别云的判据
卫星图象是通过辐射计测量太阳、 地球和大气所发射的散布在空间 的电磁辐射而得到的。所有的固 体、液体和气体都发射电磁辐射。 辐射源越热，其发射辐射的强度 就越大。按照普朗克函数，辐射 源的温度可以根据其发射辐射的 强度来计算。 这一点是卫星遥感的基本原理。
可 见 光 图 象
红 外 图 象
3 7 通 道 .
夜间的3.7 μm 通道 卫星收到的辐射 是云和地球大气系统 发射的辐射
白 色 雾
黑 色 雾
夜间用3.7 μm 图象判别雾 在IR图象上，雾顶与周围地表温度 相近，则不能被识别 在3.7 μm 通道，地面的发射相当 于黑体，而云（雾）不是黑体， 发射率0.9
3.7微米通道 白天收到的辐射 1、来自地（云）面反射的太阳辐射 2、来自地（云）面自身发射的辐射
3.7微米通道 夜间收到的辐射
1、来自地（云）面自身发射的辐射
风云二号静止气象卫星 3.7微米通道 卫星收到的辐射越多色调越黑 卫星收到的辐射越少色调越白
白天的3.7 μm 通道 卫星收到的辐射 主要是云和地球大气系统 反射的太阳辐射 地球大气系统发射的辐射 与反射太阳辐射比很少
吸收带——复杂
通道1 可见光通道图象
– 在可见光通道探测到的辐射与
–物体反照率 –太阳天顶角（或高度角） –有关。
–反照率的定义是 –自某物体返回空间的太阳 总辐射能 –与投射到该物体的总的辐 射能之比。
在可见光图象上 反照率越大，色调越白亮 反照率越小，色调越暗
云是白的
• 地表或云 主要特征 反照率 • 积雨云 大而厚 92 • 层积云 陆地上，云量>80% 68 • 沙漠 白砂 60 • 湖泊、海洋 7
暗 影 纹 理
风 云 一 C 对 流 云 团
台 风 眼 暗 影
台 风 眼 的 暗 影
云顶表面光滑程度 多起伏、多斑点、皱纹 纤维状
纹理
光滑和均匀
不同分辨率的青海省李家峡水库系列卫星影象
1 km（NOAA/AVHRR）
250 m（EOS/MODIS）
30 m（ETM）
2.8 m（ Quick Bird ）
（温度相同，辐射不同）
夜间在3.7微米通道上 地表和云温度相同时，地表的 辐射大于云（雾） 因此地表暖于云
（用辐射计算亮度温度）
故可区分地表和雾（低云）
夜间 用10微米通道的亮温 减3.7微米通道的亮温 正值的地方是雾（低层云） 没变化的地方是地表 负值的地方是卷云
识别云的判据
结构形式 范围大小 边界形状 色调 暗影 纹理
• 太阳辐射能0.3-3.0微米， • 太阳温度高达6000K， • 最大辐射能位于0.47微米； • 地球大气系统发出的辐射主要是 红外辐射，温度300K • 地球大气辐射发出的能量的 95% 集中于4-120微米， • 最大辐射波长10微米。
• 在气象卫星遥感中，主要采用
• 可见光（太阳发射的） • 红外（地球发射的） • 微波（地球发射的）
看卫星图象的基本出发点
• 卫星只会测辐射能 • 气象卫星测两种辐射能： • 地球大气系统反射的太阳辐射能（可见 光图象，反照率）； • 地球大气系统自身发射的辐射能（窗区 红外图象和水汽图象，亮度温度）
两种地球卫星
近极地太阳同步轨道卫星
地球同步轨道卫星
轨 地 道 太 卫 阳 星 同 步
近 极
结构形式
带状 涡旋状 团（块）状 细胞状 波状
范围大小
锋面、气旋——上千公里 对流云——几公里
锋 面
直线 圆形 扇形 气旋性弯曲 反气旋性弯曲 整齐和不整齐
边界形状
色调（亮度、灰度）
物象的明暗程度 可见光—反照率 红外—物体的亮度温度
暗 影
在一定的太阳高度之下 高的目标物在低的目标物上的投影 （只出现在可见光图象上）
–气象卫星在10.5-12.5微米红外波段接 收的辐射是 –地面和云面发射的长波红外辐射 –太阳辐射完全忽略
–物体温度越高，气象卫星接收到的辐 射越大 –温度越低，辐射越小
–如果将这辐射转换成黑白图象 –辐射大（物体温度高）用黑色表示 –辐射小（物体温度低）用白色表示
静止气象卫星红外图象 星下点分辨率
5公里
北纬50度8公里
对 云 团
3：00 图 4：00 雨量
红外(IR)图象提供有关云纹理 结构信息的能力
比可见光(VIS)图象差， 因为它是基于观测发射辐射 而非散射辐射的
在可见光图象上识别各种云的 相对高度是不容易的，
在红外图象上可以根据云的色 调差异，识别云的相对高度，
比较红外和水汽图象
水汽图象上的涡旋
水汽图象上的 边界
头边界
天气尺度的头边界
头边界（300hPa分析）
天气尺度系统的头边界
平行急流边界
干 涌 边 界
斜压叶边界
底涌边界
内 边 界
回 流 水 汽 边 界
在水汽图象上 不能看到 700百帕（3000米）以下的 云和地表
通道5 大气窗区中红外图象
冷 锋 入 海 的 经 典 图 象
通道2、3 窗区红外图象
什么窗？
亮度温度Tb 如果物体发射的辐射亮度（辐射 强度）与温度为Tb的黑体辐射亮 度相等
黑体的温度Tb 叫做该物体的亮度温度
辐射能
100
卫星
辐射能
100
亮度温度
实际温度
100
黑体
100
物体
120
亮度温度比实际温度低
–风云二号静止气象卫星红外波段通道 是： –10.3-11.3微米和11.5-12.5微米。
• 观测间隔长，对某一地区， 一天一颗卫星在红外波段取 得两次资料，可见光波段只 有一次资料 • 相邻两条轨道的资料不是同 一时刻
自旋稳定的地球同步轨道卫星
FY-2卫星
• 卫星运行方向与地球自转方向相 同，即同向运行性 • 卫星轨道倾角为0度，即赤道平 面与轨道平面完全重合 • 轨道偏心率e为0，即轨道是圆形 的 • 周期为23小时56分04秒 • 卫星高度35860公里
通过大气的太阳辐射或地球大气系 统辐射将被大气中某些气体所吸收， 这些吸收随波长的变化很大，在某 些波段的吸收很强，而在另一些波 段的吸收则很弱，在这些吸收最弱 的波段，太阳辐射和地球大气辐射 可以象光通过窗户那样透过大气， 这些波段称做大气窗。
吸收带和大气窗
窗区——表面特征（云面地面 洋面）