卫星气象学基本知识课件
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卫星气象学课件5-liyan
对比度边界两侧灰度差的大小
带或缝：这种或黑或浅灰的长形区域宽度有限，在其两侧各有一 条边界。“带”这个词既可以用于表示亮，又可以表示暗的特征 ；而“缝”这个词只用于表示暗区。
边缘：当灰度差出现在一较长距离内或形状不规则时，我们有时 用“边缘”一词来表示不清晰的界面。
水汽图中最常见和最重要的类型被归纳为七种基本类型：
湿空气在某一地区上升，而周围环境状况无重大变化； 湿空气在被高空干空气侵占的区域下沉，即在无变化的湿
环境附近，形成新的高空干空气环境； 水汽边界可能是前面两种过程共同作用的结果，上升的湿
空气区域邻近的湿空气可以下沉； 在相同尺度上没有明显垂直运动的水平变形过程可使最初
渐变的或反差小的水汽梯度变得清晰且反差大。
5.2.1 天气尺度系统的“头边界”
“头阻塞”可发生于各种尺度上，所以我们亦将“头边界”这个 概念用于天气尺度的系统。
边界的图象特征
头边界由一个相当清晰的界面组成，它的一侧是高云和冷的高 空湿区，另一侧是各种各样的干环境。云和水汽趋向于在高层积 累并从垂直上升运动区向外扩散。清晰的头边界形成于正在扩散 的高层湿区的上游，水汽向周围扩散或阻塞周围的高空风。
在水汽图上，“斜压叶”表示高空槽前出现的一种特殊边界。 与“斜压叶”云系有关的水汽边界一般与叶状云型的冷高云的头边 界重合很好，但会延伸到云边界外面。 叶状边界常形成一个振幅很小的“S” 形，而且在转折点另一侧会有不同的 特征。凸出的部分与头边界相似。盾 状卷云常常出现在表示“湿”的浅灰 色一侧。沿着边界另一侧往往非常清 晰，湿侧有一个非常狭窄的暗带。有 时，边界两侧反差不大，边界可能并 不清晰。
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
带或缝：这种或黑或浅灰的长形区域宽度有限，在其两侧各有一 条边界。“带”这个词既可以用于表示亮，又可以表示暗的特征 ；而“缝”这个词只用于表示暗区。
边缘：当灰度差出现在一较长距离内或形状不规则时，我们有时 用“边缘”一词来表示不清晰的界面。
水汽图中最常见和最重要的类型被归纳为七种基本类型：
湿空气在某一地区上升，而周围环境状况无重大变化； 湿空气在被高空干空气侵占的区域下沉，即在无变化的湿
环境附近，形成新的高空干空气环境； 水汽边界可能是前面两种过程共同作用的结果，上升的湿
空气区域邻近的湿空气可以下沉； 在相同尺度上没有明显垂直运动的水平变形过程可使最初
渐变的或反差小的水汽梯度变得清晰且反差大。
5.2.1 天气尺度系统的“头边界”
“头阻塞”可发生于各种尺度上，所以我们亦将“头边界”这个 概念用于天气尺度的系统。
边界的图象特征
头边界由一个相当清晰的界面组成，它的一侧是高云和冷的高 空湿区，另一侧是各种各样的干环境。云和水汽趋向于在高层积 累并从垂直上升运动区向外扩散。清晰的头边界形成于正在扩散 的高层湿区的上游，水汽向周围扩散或阻塞周围的高空风。
在水汽图上，“斜压叶”表示高空槽前出现的一种特殊边界。 与“斜压叶”云系有关的水汽边界一般与叶状云型的冷高云的头边 界重合很好，但会延伸到云边界外面。 叶状边界常形成一个振幅很小的“S” 形，而且在转折点另一侧会有不同的 特征。凸出的部分与头边界相似。盾 状卷云常常出现在表示“湿”的浅灰 色一侧。沿着边界另一侧往往非常清 晰，湿侧有一个非常狭窄的暗带。有 时，边界两侧反差不大，边界可能并 不清晰。
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
卫星气象学课件：第5章 卫星云图分析基础0-1
5、微波（MV）图像，即地气系统在微波段（1mm~10cm; 3~300GHz）发射及散射辐射的图像，微波的频率范围较宽， 常用的有19、22、37、85GHz等频率的水平和垂直极化通 道，业务上常用的微波图像大多是由多通道组合反演得到的 产品图像
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。
气象卫星的结构与原理PPT课件
气象卫星具有除一般卫星的基本结构和部件外，还携带各类遥感仪器，包括 电视摄像机、红外探测仪、射电探测仪、多谱段探测仪、气象雷达以及数据
传输设备。
第9页/共28页
遥感器能够接收和测量地球及其大气 的可见光、红外与微波辐射，并将它
们转换成电信号传送到地面。地面接
收站再把电信号复原绘出各种云层、 地表和洋面图片，进一步处理后就可
以使它环绕地球的公转周期与地球的自转周期相等，
若在地面看，这 种轨道上的卫星好像静止在天空某
一地方不动，故又称它为地球静止气象卫星。
第19页/共28页
2、分别进一步认识：
①极轨气象卫星（覆盖全球）：也叫太阳同
步轨道气象卫星，轨道平面与赤道平面垂直， 倾角接近90°，围绕地球南北两极运行。利 用这种卫星可以进行全球观测，每天定时飞 经同一地区上空两次。极轨气象卫星可以为 天气预报提供全球的温、湿、云、辐射等气 象参数，监测大范围的自然灾害，研究全球 生态与环境变化。
第24页/共28页
contents： 初步认识 专用系统 分类 气象卫星网络 结束
第25页/共28页
结束：
有了每个卫星携带的专用仪器和整个 全球观测系统的配合，我们的气象卫 星才能为我们各行各业的研究与预报 提供更好的服务
第26页/共28页
第27页/共28页
感谢您的观看。
第28页/共28页
根据测量的目的，卫星选择不同的波长间隔 进行测量，这种波长间隔称做通道。为更多地获 取地面、云层和大气信息，目前卫星测量使用的 通道很多。
第14页/共28页
2、数据传输：
1、气象遥感仪器获得的原始数据向地 面数据处理中心站传输，常用频段为 1700兆赫，数据传输速率较高，最高可 达28兆比特/秒；
传输设备。
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遥感器能够接收和测量地球及其大气 的可见光、红外与微波辐射，并将它
们转换成电信号传送到地面。地面接
收站再把电信号复原绘出各种云层、 地表和洋面图片，进一步处理后就可
以使它环绕地球的公转周期与地球的自转周期相等，
若在地面看，这 种轨道上的卫星好像静止在天空某
一地方不动，故又称它为地球静止气象卫星。
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2、分别进一步认识：
①极轨气象卫星（覆盖全球）：也叫太阳同
步轨道气象卫星，轨道平面与赤道平面垂直， 倾角接近90°，围绕地球南北两极运行。利 用这种卫星可以进行全球观测，每天定时飞 经同一地区上空两次。极轨气象卫星可以为 天气预报提供全球的温、湿、云、辐射等气 象参数，监测大范围的自然灾害，研究全球 生态与环境变化。
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contents： 初步认识 专用系统 分类 气象卫星网络 结束
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结束：
有了每个卫星携带的专用仪器和整个 全球观测系统的配合，我们的气象卫 星才能为我们各行各业的研究与预报 提供更好的服务
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感谢您的观看。
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根据测量的目的，卫星选择不同的波长间隔 进行测量，这种波长间隔称做通道。为更多地获 取地面、云层和大气信息，目前卫星测量使用的 通道很多。
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2、数据传输：
1、气象遥感仪器获得的原始数据向地 面数据处理中心站传输，常用频段为 1700兆赫，数据传输速率较高，最高可 达28兆比特/秒；
卫星气象学课件：第7章 热带天气分析0-3
2
②冷水面：当处于暖水区的热带气旋经过温度梯度很大的区域进 入冷水区，其强度显著减弱。
③海区范围：热带洋面的范围大小对热带气旋的强度也有明显作 用，如西太平洋的台风强度明显大于南海台风。当西太平洋台 风通过菲律宾进入南海区域，强度明显减弱（应该是下垫面的 热力差异的原因）。
2．大气强风速垂直切变的作用 当台风上空的垂直风切变加强，云在垂直方向上发生倾斜，不 利于台风中的对流发展，强度减弱。
34
（五） T指数24小时的预报
按过去2 4h强度变化趋势，通常D、W为每日一个T指数变化；若 出现急剧变化征兆，D、W可分别按一日1.5—2T指数变化。
（六）T指数与风速及气压的对应关系
根据中央气象台近年用的CI指数与风压关系，确定 台风中心最 大风速和最低海平面气压。
*本方法中所用的云图是四级增强：黑（-33~-46˚C）、深灰（-46~-57˚C）、 浅灰（-57~-74˚C）和白（〈-74˚C）
≥0.3
0.4~0.5 0.6~0.8 0.8~1.0
T 指数
1.5±0.5
2.5
3
3.5
注：对“弯曲云貌型”量取一条或两条主要云带的长度， 求平均值。
调整参数： 1）当云带为浅灰色，DT-0.5; 2）当长度>1.0时，应用眼法确定T指数。
28
3、低云中心型 量度云系中心至主要云带边缘的距离L
L（纬距） >1.5
36
37
38
39
当有一块云团与台风云系接触时会与之迅速合并这种过程使台风加速跳向其附近的这块云团台风移速出现急剧加速且明显加强当台风移向前方高亮度的小云块对台风移速也有指示作用未来台风将向高亮度云块所在方向高亮度云块是不稳定雷雨区
②冷水面：当处于暖水区的热带气旋经过温度梯度很大的区域进 入冷水区，其强度显著减弱。
③海区范围：热带洋面的范围大小对热带气旋的强度也有明显作 用，如西太平洋的台风强度明显大于南海台风。当西太平洋台 风通过菲律宾进入南海区域，强度明显减弱（应该是下垫面的 热力差异的原因）。
2．大气强风速垂直切变的作用 当台风上空的垂直风切变加强，云在垂直方向上发生倾斜，不 利于台风中的对流发展，强度减弱。
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（五） T指数24小时的预报
按过去2 4h强度变化趋势，通常D、W为每日一个T指数变化；若 出现急剧变化征兆，D、W可分别按一日1.5—2T指数变化。
（六）T指数与风速及气压的对应关系
根据中央气象台近年用的CI指数与风压关系，确定 台风中心最 大风速和最低海平面气压。
*本方法中所用的云图是四级增强：黑（-33~-46˚C）、深灰（-46~-57˚C）、 浅灰（-57~-74˚C）和白（〈-74˚C）
≥0.3
0.4~0.5 0.6~0.8 0.8~1.0
T 指数
1.5±0.5
2.5
3
3.5
注：对“弯曲云貌型”量取一条或两条主要云带的长度， 求平均值。
调整参数： 1）当云带为浅灰色，DT-0.5; 2）当长度>1.0时，应用眼法确定T指数。
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3、低云中心型 量度云系中心至主要云带边缘的距离L
L（纬距） >1.5
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当有一块云团与台风云系接触时会与之迅速合并这种过程使台风加速跳向其附近的这块云团台风移速出现急剧加速且明显加强当台风移向前方高亮度的小云块对台风移速也有指示作用未来台风将向高亮度云块所在方向高亮度云块是不稳定雷雨区
卫星气象学基础
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
卫星气象学ppt课件
• 反照率：反射辐射通量与入射辐射 通量之比。
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
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）
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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。
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Electromagnetic radiation is characterized by its frequency ,
wavelength , wave number
or photon energy
卫星气象学课件：第5章 卫星云图分析基础0-1
2） 红外云图上水面与陆地色调的变化
在冬季中高纬度地区，海面温度高于陆地温度，因此海 面色调比陆地要（暗），但在夏季，尤其在白天，陆地温 度高于海面温度，因此海面色调比陆地要（白）。如果陆 地与水面的温度相近，则它们的色调相近，水陆界线不分 明。
使用红外云图需要注意的事项 :
(1)在夜间很难观测到低云和雾，因为低云和雾 的温度与地表温度十分接近； (2) 对于超过几百米厚而密实的云层，卫星测量 的辐射主要来自云面，由此可以直接估算云顶温 度或高度。但对薄云或未能充满视场的云单体， 卫星测量的辐射是云体和地表发射辐射的总和， 由此推算的云顶温度比实际的要暖，估算的云顶 高度比实际的要低。（例子：P203图5-3）
阳辐射又与太阳高度角有关。
在可见光云图上物像的色调与其 本身的反照率和太阳高度角有关
(1)反照率对可见光云图上色调的影响？
在一定的太阳高度角下，卫星接收到的辐射仅决 定于物体的双向反射率（P102-103，地表的反射， 即入射和反射的角度不同），如果将地面看成朗 伯面，则卫星接收的辐射仅取决于物体的反照率， 物体的反照率越大，它的色调越白；反照率越小， 色调越暗。
E
A
B
M
E
A
B
M
A: 渤海；B：黄土高原和内蒙古的毛乌素沙地；C：我国东北地区冷涡云系；D：热带地区菲律宾； 中国大陆南方和太平洋上冷锋云系，在IR上亮度不均匀，Fb和Fc处暗，中低云；E和Fa处与VIS一样白 亮，说明该处云系垂直发展旺盛，天气强烈。显示了红外云图垂直分辨率高的优点。
1974年3月30日8:30 NOAA-4的可见光（a）和红外（b）图像
卫星云图是气象卫星最易最早进行的观测 项目之一，也是最早在气象业务发挥作用 的卫星资料。
在冬季中高纬度地区，海面温度高于陆地温度，因此海 面色调比陆地要（暗），但在夏季，尤其在白天，陆地温 度高于海面温度，因此海面色调比陆地要（白）。如果陆 地与水面的温度相近，则它们的色调相近，水陆界线不分 明。
使用红外云图需要注意的事项 :
(1)在夜间很难观测到低云和雾，因为低云和雾 的温度与地表温度十分接近； (2) 对于超过几百米厚而密实的云层，卫星测量 的辐射主要来自云面，由此可以直接估算云顶温 度或高度。但对薄云或未能充满视场的云单体， 卫星测量的辐射是云体和地表发射辐射的总和， 由此推算的云顶温度比实际的要暖，估算的云顶 高度比实际的要低。（例子：P203图5-3）
阳辐射又与太阳高度角有关。
在可见光云图上物像的色调与其 本身的反照率和太阳高度角有关
(1)反照率对可见光云图上色调的影响？
在一定的太阳高度角下，卫星接收到的辐射仅决 定于物体的双向反射率（P102-103，地表的反射， 即入射和反射的角度不同），如果将地面看成朗 伯面，则卫星接收的辐射仅取决于物体的反照率， 物体的反照率越大，它的色调越白；反照率越小， 色调越暗。
E
A
B
M
E
A
B
M
A: 渤海；B：黄土高原和内蒙古的毛乌素沙地；C：我国东北地区冷涡云系；D：热带地区菲律宾； 中国大陆南方和太平洋上冷锋云系，在IR上亮度不均匀，Fb和Fc处暗，中低云；E和Fa处与VIS一样白 亮，说明该处云系垂直发展旺盛，天气强烈。显示了红外云图垂直分辨率高的优点。
1974年3月30日8:30 NOAA-4的可见光（a）和红外（b）图像
卫星云图是气象卫星最易最早进行的观测 项目之一，也是最早在气象业务发挥作用 的卫星资料。
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。
兰州大学《卫星气象学》第4章-美国气象卫星观测系统-4-TRMM
《卫星气象学》电子课件（第一版）
25
《卫星气象学》电子课件（第一版）
10
可见/ 红外扫描仪VIRS
VIRS 具有0.63、1.6、3.75、10.8 和12 μm 五个通道, 天线横轨扫描, 刈幅宽度 720km ,星下点分辨率2km。VIRS 可为降 水测量提供云高和云类型等信息, 也可进 行单独估计降水的研究。 VIRS 是很直接的降雨指示器, 它是一个 被动式扫描辐射仪, 在各个光谱波段的辐 射强度用于确定辐射源的亮度( 可见光和 近红外区域) 和温度( 红外区域) 。如果天 空晴朗, 温度将对应地球表面的温度; 如 果有云, 温度将对应云顶的温度。冷温度 产生短波波段更大的强度, 暖温度产生长 波波段更大的强度。
《卫星气象学》电子课件（第一版）
8
降雨雷达PR 能观测雨和地表的后向散射, 3~ 8o 入射角的后向散射受到植被冠层吸收( 散射) 的 很大影响, 因此弱信号对应浓密植被； 9~ 13o入 射角的水体后向散射更强；光滑表面( 如沙漠) 的信号弱； 因此, 利用PR 能识别土地覆盖。来自PR 的后 向散射数据不仅包含土壤湿度信息, 而且还有 植被数量和地表粗糙度信息。
轨道高度为350km
7
《卫星气象学》电子课件（第一版）
PR是第1 个提供暴雨结构三维图的星载仪器, 通 过接收来自发射微波后经降雨反射的信号来量测 降雨的三维分布, 提供关于热带雨系统和全球潜 热时间系列的数据和资料, 从而改进对全球能量 蓄积和气候差异的了解。 量测数据产生关于降雨强度、降雨分布、降雨类 型、暴雨深度、雪融化为雨的高度等信息。基于 这些量测的释放到大气中不同高度热量的估计值 可用于改善全球大气循环的模型。 PR重要的特征之一是能提供从地面到20 km高度 的雨雪的垂直廓线。降雨雷达能分离出垂直采样 大小为250m 的雨反射波。
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10
可见/ 红外扫描仪VIRS
VIRS 具有0.63、1.6、3.75、10.8 和12 μm 五个通道, 天线横轨扫描, 刈幅宽度 720km ,星下点分辨率2km。VIRS 可为降 水测量提供云高和云类型等信息, 也可进 行单独估计降水的研究。 VIRS 是很直接的降雨指示器, 它是一个 被动式扫描辐射仪, 在各个光谱波段的辐 射强度用于确定辐射源的亮度( 可见光和 近红外区域) 和温度( 红外区域) 。如果天 空晴朗, 温度将对应地球表面的温度; 如 果有云, 温度将对应云顶的温度。冷温度 产生短波波段更大的强度, 暖温度产生长 波波段更大的强度。
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8
降雨雷达PR 能观测雨和地表的后向散射, 3~ 8o 入射角的后向散射受到植被冠层吸收( 散射) 的 很大影响, 因此弱信号对应浓密植被； 9~ 13o入 射角的水体后向散射更强；光滑表面( 如沙漠) 的信号弱； 因此, 利用PR 能识别土地覆盖。来自PR 的后 向散射数据不仅包含土壤湿度信息, 而且还有 植被数量和地表粗糙度信息。
轨道高度为350km
7
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PR是第1 个提供暴雨结构三维图的星载仪器, 通 过接收来自发射微波后经降雨反射的信号来量测 降雨的三维分布, 提供关于热带雨系统和全球潜 热时间系列的数据和资料, 从而改进对全球能量 蓄积和气候差异的了解。 量测数据产生关于降雨强度、降雨分布、降雨类 型、暴雨深度、雪融化为雨的高度等信息。基于 这些量测的释放到大气中不同高度热量的估计值 可用于改善全球大气循环的模型。 PR重要的特征之一是能提供从地面到20 km高度 的雨雪的垂直廓线。降雨雷达能分离出垂直采样 大小为250m 的雨反射波。
卫星气象学
卫星气象学期末复习考试时间：12.27 考试地点：明N204第一章1. 第一颗气象卫星1960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. 气象卫星：概念，用途气象卫星：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。
仪器越来越先进，精度越来越高。
3. 气象卫星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，分类，设备，内容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。
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。
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）卫星气象学期末复习考试时间：12.27 考试地点：明N204 5. 气象卫星的种类（轨道上来分）近极地太阳同步轨道卫星倾甬约9（r按轨道划分•地球同步轨谊卫星〔地球静止卫星）倾角『非同步轨道卫星倾甬在9庁和『之间因此，卫星在轨道上的运行速度为 V2 = ( 2/r - 1/a )6. 现在和未来静止业务卫星（会判断卫星是静止还是极地轨道）7.中国气象卫星的命名中国的气象卫星一风云极轨气象卫星-风云奇数号靂囂第二章1.卫星运动三定律（轨道形状） *ppt 看图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。
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二、卫星的入轨速度与轨道的形状 卫星的轨道形状可以是圆形、椭圆形、抛物线或双曲线。卫星
轨道的形状还取决于火箭将它送入轨道时一瞬间的速度。 卫星环绕地球运行时，作用于它的有地心引力，有离心力。离
心力的大小决定于卫星速度。离心力小于地心引力，物体要落回地 面。离心力等于地心引力时，就作平衡的圆周运动，而成为卫星。 速度增大到离心力大于地心引力时，平衡的圆周运动被破坏将作椭 圆运动。速度再加大，其运动轨道将为抛物线或双曲线。
（3）周期：卫星沿其轨道运行一周所需的时间。
（4）星下点：卫星与地球中心连线在地球表面的交点称星下点。 由于卫星的运动和地球的自转，显下点在地球表面形成一条连续的 轨迹，这一轨迹称星下点轨迹。显下点常用经、纬度表示其位置。
（5）升交点和降交点：卫星运行一个周期自南向北与地球赤道的 交点为升交点，自北向南与地球赤道的交点为降交点，所以每条卫 星轨道的升交点和降交点是不同的。
1、实现圆型轨道的条件是卫星入轨速度使离心力等于地心引力
式中Vc是卫星在圆轨道运动的速度，也是卫星入轨速度，该速度 称做环绕速度。如果物体在地面附近发射，则以 r＝R（地球半径 ）＝ 6370公里代入上式，并记这时的Vc为V1，便有
V1＝7．912千米／秒 这是卫星在地面发射入轨时所需要的最小速度，把它称做第一宇
（6）截距：卫星运行一个周期地球赤道所转过的距离。由于在卫 星绕地球公转的同时，地球不停地自转，卫星沿规定转一周需约2 小时，地球自转需24小时，每小时转过15度，所以卫星一个周期在 赤道的截距是30个经度。
式中m为卫星质量，r是卫星的矢径 ，µ=GM为开普勒常数，G是万有
引力常数，M是地球质量。
可得卫星在轨道的速度为：
V2=μ（2/r）－（1/a）
称为卫星活力公式，可计算出卫星在轨道上任一点的速度。
（3）、根据第三定律可确定卫星的周期：
a³/T²=μ/4π² 或 T=2π（a³/ μ）1/2 可见卫星的周期仅决定于轨道的长半轴。
②当 e＜1时，卫星的运动轨道是以地心为一焦点的椭圆形轨道 。其C≠0，焦点与椭圆中心不重合，而半通径p=a（1－e2）。
③当 e＝1时，运动轨道是以地心为焦点的抛物线轨道。焦距与 半长轴相等。运动物体沿抛物线轨道飞离地球，成为太阳系的人造 卫星。
④当e＞1时，运动轨道是以地心为焦点的双曲线，c＞a，运动物 体沿双曲线轨道飞离地球和太阳系，成为银河系中的一个星体。
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 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 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。
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，其离心力加大到使卫星脱离地 球引力场，即 a → ∞，则由活力公式得
（2）根据第二定律，有
dA/dt=（1/2）r2(dθ/dt)=(1/2)h=常数
式中dA是半径在dt时间内扫过的面积，h是一常数，由上式得卫 星的角速度为
ω=r (dθ/dt) =（1/r）h
可见，卫星的角速度ω大小，与r大小成反比。对于椭圆轨道，
由理论力学可以求得卫星在椭圆轨道上的总能量为：
W（总能量）=（1/2）mV2 （动能）－µm/r（势能）=－µm/2a
2、按轨道偏心率可以分为圆形轨道和椭圆形卫星轨道。选择圆 形轨道有许多优点：
①卫星在圆轨道上匀速运动，便于轨道的计算和预告； ②卫星观测得到的图片比例尺一致，便于资料的处理和使用； ③有利于仪器的工作和卫星姿态控制。
3、按卫星轨道倾角，可将卫星轨道分为前进轨道和后退轨道。倾 角在0一90°之间，称前进轨道或顺行轨道。 倾角在90一180°之 间，为后退轨道或逆行轨道。倾角等于零，称为赤道轨道。倾角等 于90°时，称极地 轨道。倾角不同，观测范围不同。对热带地区 观测，选倾角较小的轨道；观测极区，应选倾角接 近90°的轨道 。
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：
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。
V2=11 .2千米/秒
称V2为第二宇宙速度，又称逃逸速度。 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，其 速度为
V3=16.9千米/秒 为第三宇宙速度。
§2.2 轨道参数和卫星轨道
1、卫星的轨道参数
（l）倾角：卫星轨道平面与地球赤道平面的夹角。
(2) 高度：卫星轨道离地球表面的距离。
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
式为：
r=P/（1+ec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 状的主要参数。
①当e＝0时，c=0，P=r=a，卫星轨道是以地心为圆心的圆形轨道 。
可见，当卫星达到2½Vc速度时，它就演变为行星，轨道也不是椭圆 形，而是双曲线了。因此卫星作椭圆轨道运动所需的入轨速度应满 足
2½ Vc＞V椭＞Vc
式 中 的 Vp 称 做 抛 物 线 速 度 。 若 将 卫 星 在 地 面 附 近 作 环 绕 速 度 的 Vc=V1代入Vp式，并把此时的Vp记为V2，得
4、按卫星高度将轨道分成三种类型： (1)低高度、短寿命卫星轨道：卫星高度为 150—200公里，寿命 只有1—3周，大多为军事服务的侦察卫星所采用。 (2)中高度，长寿命卫星轨道：高度约为350— 1500公里，寿命 达一年以上。气象卫星，陆地和海洋卫星都用这种轨道。 (3)高高度，长寿命地球静止卫星轨道：轨道的高度 约35800千 米左右，受地心引力和大气阻力的影响很小，卫星的寿命很长，可 以存在好几年，主要为气象卫星和通讯卫星所用。从气象观测要求 气象卫星使用近极地太阳同步轨道和地球同步轨道两种轨道。