卫星气象—卫星云图相关知识.ppt

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？
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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

2．热带辐合云带的变化 热带辐合云带云系随时间而变，分为长期变化和短期变化： (1)长期变化(季节变化) 长期变化是一种年变化。与大气环流的季节变化相关联，图 7．8为1月和7月的地面环流。图7．9为1967年至1970年全球热带地 区一年四季的平均云量分布，从图可见以下几种现象： ①ITCZ各个季节在南北方向的位移； ②洋面副高的势力随季节而增强或减弱，导致东太平洋面上层 积云云量的季节变化； ③热带对流云的变化，特别是在大陆地区对流云系的变化； ④地形和地表反照率对平均云量的影响。 亚洲大陆和西太平洋间，云带强度和位置海陆影响明显；太平 洋中部、东部，云带年变化小，位置稳定，全年5一10º N范围内。 随大气环流变化，1月份，亚洲冬季风强，辐合带位置最南，云量 最少；7月份，夏季风所控制，辐合带位置最北，有双辐合带。
(2)短期变化 热带辐合带在短时间内(几天到十几天)，强度和位置发生明显 的变化。由稀疏云带，演变成长几千千米、宽几个纬距的云带。这 种加强减弱与周边各天气系统有关 ： ①热带辐合云带加强的特征： 当热带辐合云带向北推进时，云系一般加强。盛夏季节，副高 北进加强，梅雨结束时，辐合云带加强更显著； 当热带辐合云带南侧，西南季风加强，或云带南侧的西南季风 与北侧的偏东信风同时加强，则热带辐合云带加强； 当副高加强时，南侧偏东信风加强，则辐合云带加强。 ②热带辐合云带减弱的特征： 当热带辐合云带内有台风生成和加强，台风环流作用，该云带 将断裂、破坏，从而减弱消失； 当热带辐合云带内有台风西移，强烈风浪引起冷水上涌，抑制 云系发展，副高南退，云带消失； 赤道反气旋北上，辐合云带北进，而原辐合云带减弱消失。
③云团内的水平风速切变： 表7．1所示云团内低空气旋性切变，晴空区为反气旋切变，风暴前 期云团气旋性切变最大；

• 反照率：反射辐射通量与入射辐射 通量之比。
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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

在IR图像解释中也存在一些问题。如 （它们的温度与地表温度太相近）。
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2卫星云图
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2卫星云图
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2卫星云图
图给出了同时刻的可见光与红外云图，图中 ，这是因在该处太阳高度角太低，
之故；相应在红外云图上E处，由于该时已是
深秋时刻，
，显现较浅的色调。
IR图中
， 。
6.暗影：积雨云云顶高，有暗影。
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3卫星云图上云的识别
在卫星云图上，由于高积云单体远小于卫星仪器的分辨 率，无法将高积云与高层云区别开来，只能将高积云和 高层云统称为中云。
1.结构型式和范围大小： 中云在卫星云图上表现为
万平方公里。其型式可以是
，范围可达二万到二十
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3卫星云图上云的识别
纹理是指云顶表面或其它物象
的判据。
如果云顶表面很 相差很小，
，表示云顶高度和厚度 具有这种特征；
如果云的纹理多 云顶高度不一，
，就明云顶表面多起伏， 具有这种特征；
如果云的纹理是
，则这种云一定是
。
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A、B、C等处表现为云顶纹理不均匀，在这些地方出现
云顶凸起，常称之
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1气象卫星
中国1988年9月7日发射了第一颗气象卫星—“风云
一号”
气象卫星。但由于星上元器件
发生故障，它只工作了39天。后成功发射了五颗极
轨气象卫星（风云一、三号）和三颗静止气象卫星
（风云二号）
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1气象卫星
目前，我国的极轨气象卫星和静止气象卫星已经进

3. 改进了低分辨率数据的广播方式
将模拟低分辨率数据广播(WEFAX)改为符合世界 气象组织建议标准的低速率数据广播(LRIT)。
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1、风云二号卫星简介
风云二号气象卫星定位于东经115°赤道上空，它提供了以我国中部经 度为中心的三分之一个地球范围内每小时一次的云图资料。
这些云图资料将填补我国西部、西亚、印度洋上的大范围资料空白，对天气 预报有十分重要的意义。
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中国已将８颗气象卫星送入太空
此前中国已将７颗气象卫星成功送入太空，这七颗气象卫星包括４颗风 云一号极轨气象卫星和３颗风云二号静止轨道气象卫星，它们的发射历 程如下：
1. １９８８年９月７日，“风云一号”Ａ星在太原卫星发射中心成功发射。 2. １９９０年９月３日，“风云一号”Ｂ星在太原卫星发射中心发射成功。 3. １９９７年６月11日，“风云二号”Ａ星在西昌卫星发射中心成功发射。 4. １９９９年５月11日，“风云一号”Ｃ星在太原卫星发射中心发射成功。 5. ２０００年６月２５日，“风云二号”Ｂ星在西昌卫星发射中心成功发射。 6. ２００２年５月１５日，“风云一号”Ｄ星在太原卫星发射中心成功发射。 7. ２００４年11月１９日，中国首颗业务型静止轨道气象卫星——“风云二号”
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1、风云二号卫星简介（续）
风云二号气象卫星每小时提供一次云图。在需 要的时候，还要以进行加密观测。
这种高频次的云图资料，可以有效地监视暴雨、台 风等灾害性中小尺度天气系统。
风云二号气象卫星的射出长波辐射资料，提供 了大气中云的信息以及热带地区大尺度环流系 统分布的信息。
有了风云二号气象卫星以后，从我国西面过来的天气系统将处于它的监 视范围之内。

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。

2．闭合细胞状云系与天气系统： 冬季，闭合细胞状云系也出现于洋面冷锋后，发生的条件和地 方与未闭合细胞状云系不同。 ①闭合细胞状云系呈球状，中央有云，四周无云或少云，从中 央到四周，云变薄，色调变暗，边界为多边形； ②闭合细胞状云系主要由层积云组成； ③闭合细胞状云系出现在高压东南象限，地面反气旋气流处； ④闭合细胞状云系出现在稳定的冷气团内。 出现细胞状云系的地方，低空都有受下垫面的加热或云顶辐射 冷却所致低空对流。未闭合细胞云系中的对流要弱，有逆温抑制对 流发展，图6．17为西北太平洋寒潮爆发形成的开口细胞状云(OP) 和闭合细胞状云系(CL)。 3．未闭合细胞状云系与闭合细胞状云系共存时的特征 冬季洋面冷锋后未闭合和闭合细胞状云系常同时出现的特点： ①未闭合细胞状云系处于气流气旋性弯曲区，闭合细胞状云系 处于气流反气旋弯曲处，过渡区是低空气流辐散区； ②高空急流穿过细胞状云系，则末闭合云系处在急流轴的冷区 一侧，闭合细胞状云系处于急流轴暖区一侧。
当相应斜压叶状云系的高空槽振幅加大时，槽后偏北气流加大，
图6．12
斜压叶状云系与逗点云系的发展
5．斜压叶状云系与逗点云间的配置 逗点云系与斜压叶状云系之间的组合常表现有以下三种情况： ①图6．13(a)逗点云系的尾部全部被斜压叶状云系所覆盖； ②图6．13(b)逗点云系的尾部部分被斜压叶状云系覆盖； ③图6．13(c)逗点云系与斜压叶状云系全部分离，逗点云位于斜压 云带的北侧，且其尾部云与斜压云系紧邻接。
与变形场相联的云系种类： 第一种：图6.15(a)一般的变形场云带，细实线为流线、细虚 线为相对气流流线。图中分为四种情况： ①两侧气流强度相当，云带平直； ②西北气流强于东南气流，云带向弱侧弯曲； ③西南气流强云带向东北弯曲。 第二种：图6.15(b)与逗点云系相联的变形场云系，两种况： ①逗点云系尾部的变形场云系，气流辐散，云系南凸； ②逗点云系头部，变形场云系向东西伸展，为宽云带。 第三种：图6．15(c)高低空同时存在变形场气流云系，带箭头 的虚线是高空气流，细实线是低空气流，粗虚线为逗点云系及锋面。 图中A是与高空变形场相联的卷云带，B是与低空变形场相联的层积 云区，中空西北气流，水汽少，低层层积云，对应锋面云系。 第四种：6．15(d)与中空变形场云系，其外形类似破碎的“喷 泉”，云系左侧成气旋性弯曲，右侧成反气旋弯曲。有时云系边界 明显，有时沿变形带形成一狭窄云带。