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卫星云图云的识别特征及其在天气预报技术中的应用作者：方宁莲王益昆陈传宏来源：《中国科技纵横》2013年第02期【摘要】本文概述了气象卫星提供的可见光云图、红外云图、水汽图各自的特点，以及卫星云图上几类云或云型的识别特征，分析表明卫星云图可以识别不同的天气系统，确定它们的位置，估计其强度和发展趋势，为天气分析和预报提供依据。
卫星云图所提供的资料弥补了常规探测资料的不足。
运用静止卫星水汽图、云图资料，500hPa环流形势作为背景场，对比我国数值天气预报的24h、36h形势预报，建立了西北地区暴雨和强对流天气预报诊断模型，旨在为预报员准确预报天气提供依据。
【关键词】气象卫星云的特征天气系统预报模型近年来，随着数字化卫星云图资料的出现，对卫星云图进行分析已成为各国气象工作者研究的热点和发展方向，其中云的识别是卫星云图分析的重要内容。
卫星云图包含了丰富的目标信息，从中可以形象直观的看到各种云的形状和演变过程。
卫星云图在天气分析、预报中的应用，除提供大范围的实况外，主要用于分析天气系统和间接推断大气中的一些物理过程，但是准确的识别出复杂天气情况所对应的云需要积累大量的经验。
为进一步扩展卫星云图资料在天气预报中的应用，提高气象保障水平，还要与常规天气图、卫星雷达相结合研究暴雨、强对流天气系统的演变是很有效的。
1 FY2号气象卫星简介中国的静止气象卫星。
卫星带有多通道扫描辐射仪，一个可见光，二个红外，其中一个是水汽通道，卫星观测时间分辨率为30分钟；空间分辨率：对可见光（0.55～0.75μm）为1.25公里（星下点附近）、红外（10.5～12.5μm）为5公里、水汽图为5公里。
1.1 可见光（VIS）云图可见光云图是利用地面和云面反射的太阳可见光而得到的云图。
这种云图上的图像的黑白程度，表示地面和云面的反照率的大小，越白表示反照率越大.越黑表示反照率越小。
卫星云图上的黑白程度称为亮度或色调。
一般来说，水面是黑色的，如大的河流、海洋、湖泊；大面积的森林、草地、耕地是探灰色的；陆上的晴天积云、单独出现的卷云、沙漠是灰色的；大陆上的中高云是灰白色的；地面积雪、冰球的水面以及中等厚度的中低云和雾是白色的。
知识拓展：卫星图像的判读标志卫星图像的判读标志是指卫星图像上反映出的地物和现象的图像特征。
卫星图像同航空像片一样，都是以深浅不同的黑白色调(灰阶)或不同的色彩构成的各种各样图形表现出来的。
因此，卫星图像的判读标志也可概括为：色调、形状、大小、阴影和组合图案特征。
由于卫星图像所具有的特点，这些标志在表现形式上以及在判读运用中又有别于航空像片，具有卫星图像判读的特点。
(1)色调标志。
色调(或色彩)是地物或现象反射或发射电磁波强弱程度在遥感图像上的记录和反映，是判读卫星图像的主要标志和依据之一。
卫星图像是分波段成像的。
因此，分析卫星图像色调特征时，首先必须分清图像属于哪一波段及其波长的范围。
不同波段的图像，色调变化是不一样的。
例如：陆地卫星TMl图像上的色调变化，只反映地物或现象对TMl (0．45～0．52μm)蓝光波段反射的强弱；若地物反射蓝光的强度强，在。
TMl图像上相应的色调浅，反之则色调深。
而TM2图像上的色调，只反映地物反射(0．52～0．60μm)黄绿光的强弱程度。
所以，在分析卫星图像色调变化时，必须了解和掌握地物的光谱特性，依照地物光谱特性分析各种地物在卫星图像上色调变化的特征，从而识别出不同地物和进行信息的提取。
卫星图像的色调深浅依然以灰阶来度量，陆地卫星TM图像或MSS图像，均在图像的下边框处标示出灰阶表。
判读时，可依灰阶表来确定该幅图像中的色调。
卫星图像的色调与地物本身的颜色、表面结构(平滑或粗糙)、湿度大小、植被覆盖程度、光照以及气象条件等因素有关，并随时间而变化。
因此，色调的变化，要依具体地区，不同环境背景及其影响因素等作具体的分析。
所以，在运用色调标志判读时，一定要注意色调标志的地区局限性和时间局限性，注意总结本地区各种地物色调变化的规律，以提高判读的效果和质量。
彩色卫星图像是以色彩色调的不同，表现不同地物的图像。
在分析图像色彩变化时，首先要了解彩色图像的种类，如天然(真)彩色或是假彩色，或者是彩色等密度分割图像，或是其他形式的彩色合成图像等；然后结合彩色合成原理和地物光谱特征，正确分析地物呈现的色彩及其变化。
一、云图类型1.红外云图卫星在10.5～12.5微米测量地表和云面发射的红外辐射，将这种辐射以图象表示就是红外云图。
在红外云图上物体的色调决定其自身的温度，物体温度越高，发射的辐射越大，色调越暗，红外云图是一张温度分布图。
由于大气有吸收及物体发射率不完全为1，卫星接收到的红外辐射要比实际表面温度发射的黑体辐射要小，故严格地说，红外云图是一张亮度温度分布图。
地面的温度一般较高，呈现较暗的色调；由于大气的温度随高度是递减的，故云顶高而厚的云，其温度低呈白的色调。
低云的云顶温度较高，与地面相近，故在红外云图上不容易识别。
由于各类云的云顶温度的差异较大，在红外云图上可以识别各种高度的云。
此外，地表的温度随季节、纬度、海陆分布及其本身的热惯量而不同，所以在红外云图上的色调亦不同。
在电视显示的红外云图上，地表以绿色表示，以与云相区分开。
2.水汽云图卫星选用6～7μm水汽吸收谱段接收大气中水汽发射的辐射，并以图象表示便得到水汽图。
在这一波段，水汽一面接收来自下面的辐射，又以自身较低的温度发射红外辐射。
卫星接收到的辐射决定于水汽含量，大气中水汽含量越多，发射的辐射越小；水汽含量越少，大气低层的辐射越可以透过水汽到达卫星，则卫星接收的辐射越大。
在水汽图上，色调越白，辐射越小，水汽越多；否则越少。
对于6～7μm水汽带，卫星测得的辐射来自对流层中上层，故水汽图反映大气上层水汽的空间分布。
3.可见光可见光是波长从0.35～0.80μm很狭窄的波段。
卫星在可见光谱段测量来自地面云面反射的太阳辐射，将卫星接收的这种辐射转换为图象称为可见光云图。
卫星在可见光谱段选用的波长间隔有：0.52～0.75μm和0.58～0.68μm。
卫星在可见光波段接收辐射与物体的反照率和太阳的天顶角有关，若太阳天顶角越小，物体的反照率越大，则卫星接收到的辐射越大，反之则越小。
在可见光云图上，辐射越大，色调越白；辐射越小，色调越暗。
通常云层越厚，反照率越大，色调也越白，而水面，象湖泊、海洋的反照率很小，表现为黑色，陆地反照率比海洋略大，表现为灰色，而潮湿或森林覆盖的地区表现为灰暗的色调。
航空气象学(教案)航空气象学理论提示：航空气象学是研究气象条件同飞行活动和航空技术之间的关系，航空气象保障的方式和方法，以及飞行器在地球大气层中飞行时的气象等问题的一门科学。
航空气象学属应用气象学范畴。
在实际工作中，航空气象的主要任务是保障飞行安全，提高航空效率，在不同的气象条件下，有效地运用航空技术，顺利完成飞行任务。
理论解释：一、T-LnP图1.1温度对数压力图及其分析实践内容：温度对数压力T-LnP图又称埃玛图(Emagram，是E nergy-per-unit-diagram的缩写)。
是一种热力学图解，图上的面积设计成与大气运动能量成正比。
该图解以温度为横坐标，以气压的对数为纵坐标，还有三组线条；层结曲线、干绝热线和湿绝热线、露点压力曲线。
使用该图解可以方便而清晰得分析大气层结特性及湿空气在升降过程中状态的变化，判断大气静力稳定性及对流不稳定性。
目前温度对数压力图仍是气象台站分析预报雷雨、冰雹等强对流天气的一种基本图表，在飞行方面是一种重要的判断飞行天气的工具。
根据资料在T-LnP图上绘出层结曲线、干绝热线和湿绝热线、露点压力曲线。
1.2实践目的：根据T-LnP图上状态曲线、层结曲线和露点压力曲线判断大气稳定度、判断热对流发生时间及其强度，分析出对流和层状云云顶高度、云底高度，估计对流云中垂直气流速度、垂直风场结构，低层能见度情况，分析积冰层高度和厚度。
1.3实践资料：选取资料库中所提供单站垂直方向上气压、气温、露点温度、风场资料。
1.4实践步骤和方法并据此写出实践报告：1）根据资料在给定的T-LnP图上点绘出层结曲线、状态曲线、露点压力曲线和高空风分布曲线。
2）分析正负不稳定能量、分析低空风切变情况、分析对流云和层状云顶高和低高、估计云中垂直气流速度、分析积冰层高度和厚度、分析低层能见度情况、进行热对流预计。
3）根据前面分析在实践报告中说明航路上飞跃积雨云需要的飞行高度层情况，说明开关防冰的飞行高度层情况，进入积雨云中时飞机的颠簸情况分析，飞机进出层状云的飞行高度层情况，飞机起飞和进近时可能遇到风切变的高度层情况，可能发生的热对流时间。
航空气象学理论提示：航空气象学是研究气象条件同飞行活动和航空技术之间的关系，航空气象保障的方式和方法，以及飞行器在地球大气层中飞行时的气象等问题的一门科学。
航空气象学属应用气象学范畴。
在实际工作中，航空气象的主要任务是保障飞行安全，提高航空效率，在不同的气象条件下，有效地运用航空技术，顺利完成飞行任务。
理论解释：一、T-LnP图1.1温度对数压力图及其分析实践内容：温度对数压力T-LnP图又称埃玛图(Emagram，是En ergy-per-unit-diagram的缩写)。
是一种热力学图解，图上的面积设计成与大气运动能量成正比。
该图解以温度为横坐标，以气压的对数为纵坐标，还有三组线条；层结曲线、干绝热线和湿绝热线、露点压力曲线。
使用该图解可以方便而清晰得分析大气层结特性及湿空气在升降过程中状态的变化，判断大气静力稳定性及对流不稳定性。
目前温度对数压力图仍是气象台站分析预报雷雨、冰雹等强对流天气的一种基本图表，在飞行方面是一种重要的判断飞行天气的工具。
根据资料在T-LnP图上绘出层结曲线、干绝热线和湿绝热线、露点压力曲线。
1.2实践目的：根据T-LnP图上状态曲线、层结曲线和露点压力曲线判断大气稳定度、判断热对流发生时间及其强度，分析出对流和层状云云顶高度、云底高度，估计对流云中垂直气流速度、垂直风场结构，低层能见度情况，分析积冰层高度和厚度。
1.3实践资料：选取资料库中所提供单站垂直方向上气压、气温、露点温度、风场资料。
1.4实践步骤和方法并据此写出实践报告：1）根据资料在给定的T-LnP图上点绘出层结曲线、状态曲线、露点压力曲线和高空风分布曲线。
2）分析正负不稳定能量、分析低空风切变情况、分析对流云和层状云顶高和低高、估计云中垂直气流速度、分析积冰层高度和厚度、分析低层能见度情况、进行热对流预计。
3）根据前面分析在实践报告中说明航路上飞跃积雨云需要的飞行高度层情况，说明开关防冰的飞行高度层情况，进入积雨云中时飞机的颠簸情况分析，飞机进出层状云的飞行高度层情况，飞机起飞和进近时可能遇到风切变的高度层情况，可能发生的热对流时间。
德沃夏克卫星云图分析法Dvorak analysis for Tropical Cyclone Intensity德沃夏克分析法(Dvorak Analysis)是由德沃夏克根据多年经验及统计慨括后所创下的一项方法，能利用地球同步卫星的可见光及红外线卫星云图来评估热带气旋强度。
这套分析法在1984年发表，1987年正式世界气象组织通过使用。
第一步.定位及热带性质判定A-系统定位（主要用于以后的定位）即找出云系中心(Cloud System Centre)所在，主要是利用扰动或热带气旋相关的螺旋云带，而推测出其焦点所在，又或者是几何上热带气旋风眼的中心位置。
一般对较弱的热带气旋，我们可用可见光卫星云图、QuikScat 风场图等，直接找出其低层环流中心。
情况A-LLCC（底层环流中心）外露时使用VIS云图，直接定位在LLCC的中心上（如图1-1）。
图1-1情况B-LLCC被云系覆盖时在VIS（可见光）云图上画出每一条螺旋带的方向，使其尽量靠近底层云带、对流带，并根据它们确定热带系统的中心（如图1-2）图1-2也可以通过多频扫描查看底层LLCC以确定此热带系统之中心（见图1-3）图1-3情况C-热带气旋已经发展出中心密集云区（Cold Dense Overcast）或嵌匿中心（Embedded Center）时注意：中心密集云区定位方法只适用于可见光云图，嵌匿中心定位方法只适用于色调强化卫星云图，没有例外。
中心密集云区用底层螺旋云带来定位底层中心，或找到云顶的最高点，一般它的底层就是LLCC（见图1-4）图1-4嵌匿中心在系统中心温度最低的地方的边缘寻找嵌匿中心，也就是温度较高的地方，不要忘了联系过去的状态和位置判定。
（见图1-5）。
下图为图1-5情况D-热带气旋已经发展出一风眼时若热带气旋已发展出一风眼，则定风眼的圆心为系统中心情况E-热带气旋出现中心冷云盖（Central Cold Cover）我们很难通过云图直接确定出现CCC的热带气旋的中心，一般参考过去的移动趋势，或通过热带气旋风场扫描，来确定热带气旋之中心。
