遥感技术在气象监测领域的应用

图2-1 气象卫星大雾监测图
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2.2、大气监测
·气溶胶 气溶胶是液态或固态微粒在空气中的悬浮体系。遥感可以对气溶胶监测从而对 气候做分析，监测气溶胶的厚度、浓度、成分、属性等信息。气溶胶粒子能够从两 方面影响天气和气候。一方面可以将太阳光反射到太空中，从而冷却大气，并会使 大气的能见度变坏另一方面却能通过微粒散射、漫射和吸收一部分太阳辐射，减少 地面长波辐射的外逸，使大气升温。 卫星遥感气溶胶的研究始于20世纪60年代，随着新型卫星传感器的不断研制和 发射成功，越来越多的卫星传感器开始适用于大气气溶胶的探测，也出现了多种实 用气溶胶遥感反演算法。
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我国气象卫星的发展
风云一号
风云二号
风云三号
风云四号
风云系列气象卫星
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风云一号卫星
风云一号气象卫星是中国研制的第一代极轨气象卫星。风云一号 气象卫星共4颗，是中国的极轨气象卫星系列，共发射了4颗，即FY-1A 卫星，FY-1B卫星，FY-1C卫星、FY-1D卫星。风FY-1A卫星和FY-1B卫星 分别在1988年9月7日和1990年9月3日发射升空。风云一号C卫星在性能 上作的较大改进，被列入世界气象业务应用卫星的序列，风云一号D卫 星从2000年开始正样设计，于2002年5月15日在太原卫星发射中心用长 征四号B火箭发射升空。
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·气候变化 利用遥感技术可以对气候变化因子进行有效监测，可以对大范围区域进行气候 的异常监测，热红外遥感可以利用热红外探测器收集、记录地物辐射的热红外辐射 信息，并利用这种热红外信息来识别地物和反演地表参数（如温度、发射率、湿度、 热惯量等），包括季节到年际气候预测--提高瞬时短期气候异常变化的时间和空间 预报准确性；长期气候变化--决定长期气候变化及其趋势的机理和因素以及人类活 动的影响研究。
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目录
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气象卫星 气象卫星应用领域 气象遥感应用技术
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结语
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1、气象卫星
气象卫星：从太空对地球及其大气层进行气象观测的人造 卫星。卫星所载各种气象遥感器，接收和测量地球及其大气层 的可见光、红外和微波辐射，并将其转换成电信号传送给地面 站。地面站将卫星传来的电信号复原，绘制成各种云层、地表 和海面图片，再经进一步处理和计算，得出各种气象资料。 气象卫星观测范围广，观测 次数多，观测时效快，观测数据 质量高，不受自然条件和地域条 件限制，它所提供的气象信息已 广泛应用于日常气象业务、环境 监测、防灾减灾、大气科学、海 洋学和水文学的研究。
图2-3 气象卫星全国旬干旱监测图
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·沙尘暴 研究表明,我国区域的沙尘暴与某些低云亮温接近，但反射率不同。西北某些裸 露地表与沙尘暴反射率接近，但其亮温却不同。所以，沙尘暴的监测就是利用其与 云系、地表反射率及辐射率的差异进行的。目前，利用可见光和红外多光谱卫星通 道信息判别沙尘暴仍是较好的方法之一，而夜间还难以进行沙尘暴的观测。 ·火灾 地面物体都通过电磁波向外放射辐射能，不同波长的辐射率是不同的，通常， 温度升高时，辐射峰值波长移向短波方向。从气象卫星监测到的火灾发生前后来看， 当地表处于常温时，辐射峰值在传感器的、通道的波长范围，而当地面出现火点等 高温目标时 ,其峰值就移向通道，使通道的辐射率增大数百倍，利用这一原理，通 过连续不断地观测，就可以及时发现火点。当火灾发生后，可以通过卫星接收到的 彩色图象获取火灾现场情况和过火面积，以便客观、准确评估火灾损失，组织救灾。
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1.1、气象卫星分类
由于运行轨道的不同，气象卫星可分为两大类：①极轨气象卫星。飞行 高度约为600～1500千米，卫星的轨道平面和太阳始终保持相对固定的交角， 这样的卫星每天在固定时间内经过同一地区2次，因而每隔12小时就可获得一
份全球的气象资料。②同步气象卫星。运行高度约35800千米，其轨道平面与
遥感技术在气象监测领域的应用
姓名：周信文 学号：201640100125
概述
与传统温、压、湿、风等常规观测手段不同，遥感不仅是一项涉 及观测的技术，更是一门涉及综合性探测的科学。遥感借助辐射测量 技术，通过科学算法反演出能够准确反映大气、陆地和海洋状态的各 种物理和生态参量，使遥感技术在天气气候、大气监测、灾害监测等 方面发挥了重大作用，并已经在重大气象有关防灾减灾工作中得到验 证。
图2-1 全球气溶胶分布图
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2.2、灾害监测
·海冰 我国的渤海和黄海北部每年冬季都会发生结冰，结冰程度直接影响海上油气资 源的开发、交通运输、港口海岸工程作业等。利用可见光和红外通道资料，结合海 冰的光谱特征，可以进行冰水识别和海冰信息提取，获取海冰分布范围、面积、冰 型、密集度、外缘线等信息。地球两极有将近3000万平方公里的面积被海冰覆盖， 极低海冰监测队极低海域的航道设计和海上航行安全保证非常重要。利用卫星的微 波辐射计和散射计以及SAR数据，可以获取极地区域海冰分布和变化情况。 ·凌汛 卫星遥感监测凌汛主要依据不同地物的光谱响应特征不同。在近红外波段，洁 净水体的反射率远比土壤和植被的反射率低，所以在卫星图像上可以很容易地区分 水体和非水体的界限。像黄河这样泥沙含量较高的水体，其反射率的最大值移向可 见光波段，但仍比土壤和植被为低。这样，在卫星图像上就能够将发生凌汛的地点 及其区域判读出来，进而可以根据像元数估算淹没范围和面积。
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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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2、气象卫星应用领域
遥感气象卫星的主要应用领域
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2.1、天气气候
·气温、降水 卫星可见光云图可以监测热带气旋以及云团的移动趋势，一般白色表示太阳光 反射强，灰黑的地方表示反射较弱。一般陆地表现为灰色，海洋表现为黑色，而冰 雪和深厚云系覆盖的地区一般呈白色。用红外探测器可以计算各地晴空大气温度和 湿度的铅直分布。微波辐射仪，可以探测云上和云下的大气温度和湿度的分布，以 及云中含水总量和雨强的分布. ·雾 遥感对大雾监测也非常有效，通过卫星遥感，实时监测各地雾情的变化，便于 发出天气预警和作出决策。利用卫星遥感监测大雾具有及时、宏观的明显优势。图 像纹理信息反映了图像的灰度性质及其空间关系。通过对雾的成因、辐射特性、雾 遥感基本原理的阐述，结合中国FY-1D美/国NOAA系列极轨卫星资料通道特点，分析 雾的图像纹理信息，并依据雾在可见光波段和中红外波段与云类不同的光谱特性， 选用不同的光谱通道进行大雾监测。
资源与环境Hale Waihona Puke Baidu感
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资料来源连续
气象卫星获得的遥感资料包括：可见光合红外云图等图像资料；云量， 云分布，大气垂直温度，大气水汽含量，臭氧含量，云顶温度，海面温度 等数据资料；太阳质子X射线的高空大气物理参数等空间环境监测资料： 以及对于图像资料和数据资料等加工处理后的派生资料。 由于气象资料兼有通讯卫星的作用，利用气象卫星上的数据收集系统 （DCS）可以同时收集来自气球飞机船舶海上漂浮站无人气象站等的各种 资料，并转发给地面专门的资料收集和处理中心。
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·干旱 通过遥感手段可以获取地表蒸发量、作物表面温度、土壤热容量、土壤水分含 量、植物水分胁迫及叶片含水量等 , 对作物生长的土壤含水状况、作物缺水或供水 状况、植被指数等指标所反映的作物生长状况的分析 ,间接或直接地对作物旱情进 行研究。 目前比较成熟的遥感旱情监测模型有：植被指数模型、热惯量模型、作物缺水 指数模型、植被指数与地表温度特征空间模型、微波模型、水文模型和气象模型等。
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短周期重复观察 静止气象卫星具有较高的重复周期 （0.5小时一次）；级轨气象卫星如 NOAA具有中等重复覆盖周期，约0.5-1 天/次。总的来说，气象卫星时间分辨 率较高，有助于对地面快速变化进行 动态监测。
成像面积大 气象卫星扫面宽度约2800km，只需 2-3条轨道就可以覆盖我国。相对于其 他卫星资料更加容易获得完全同步，低 云量或者无云的影像。
云顶温度、云顶状 况、云量和云内凝 结物相位的观测
大气中水汽总量、 湿度分布、降水区 和降水量的分布
空间环境状况的监 测
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1.3、气象卫星特点
轨道（低轨和高轨）
成像面积大
短周期重复观测
资料来源连续、实时性强
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轨道（低轨和高轨）
低轨就是近极低太阳同步轨道，简称极地 轨道，轨道高度在800-1600km，南北绕地球运 转，对南北宽约2800km的带状地域进行观察。 高轨是指地球同步轨道，轨道高度在 36000km左右，绕地球一周需要24小时，卫星公 转角速度与地球自转角速度相同，相对于地球 似乎固定与高空某一点，故称地球同步卫星或 静止气象卫星。3-4颗卫星形成空间监测网，对 全球中低纬进行监测。
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风云四号卫星
风云四号气象卫星是我国第二代地球同步轨道气象卫星，主要发 展目标是：卫星姿态稳定方式为三轴稳定，提高观测的时间分辨率和 区域机动探测能力；提高扫描成像仪性能，以加强中小尺度天气系统 的监测能力；发展大气垂直探测和微波探测，解决高轨三维遥感；发 展极紫外和X射线太阳观测，加强空间天气监测预警。风云四号卫星计 划发展光学和微波两种类型的卫星。
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风云二号卫星
风云二号气象卫星(FY-2)是我国自行研制的第一代地球同步轨道气象卫 星，与极地轨道气象卫星相辅相成，构成我国气象卫星应用体系。风云二号 卫星由两颗试验卫星（FY-2A卫星、FY-2B卫星）和四颗业务卫星（FY-2C卫星、 FY-2D卫星、FY-2E卫星、FY-2F卫星）组成，作用是获取白天可见光云图、昼 夜红外云图和水气分布图，进行天气图传真广播，收集气象、水文和海洋等 数据收集平台的气象监测数据，供国内外气象资料利用站接收利用，监测太 阳活动和卫星所处轨道的空间环境，为卫星工程和空间环境科学研究提供监 测数据。
（1）ITOS-1，TIROS的改进型。进一步发展了诺 瓦业务卫星。 （2）云雨气象卫星仍在发展，同时发展了SMS、 GOES等静止卫星。 （3）前苏联的“流星” Ⅱ型气象卫星，日本的对 地静止卫星，以及欧空局的Meteosat等发展起来， 共同构成了全球气象卫星系统。
第三代气象卫星
主要以NOAA系列为代表，每颗卫星寿命两年 左右，采用近极低太阳同步近圆形轨道，双星系统， 轨道高度分别是870KM和833KM，轨道倾角98.9 度和98.7度，周期101.4min。
地球的赤道平面相重合。5颗这样的卫星就可形成覆盖全球中、低纬度地区的 观测网。
轨 道 球 地 卫星 轨道
春
N
夏
太 阳
冬
H=3586 0Km
秋
极轨卫星观测
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静止卫星观测
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S
1.2、气象卫星观测内容
卫星云图的拍摄 陆地表面状况的观 测 大气中臭氧的含量 及其分布 太阳的入射辐射、 地气体系对太阳辐 射的总反射率以及 地气体系向太空的 红外辐射
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1.4、气象卫星发展历程
气象卫星发展史
1970-1977
20世纪60年代 第一代气象卫星
第二代气象卫星
1978至今 第三代气象卫星
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第二代气象卫星 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。