卫星图像识别与分析课件整理1

1、 气象卫星的全球观测系统图1 气象卫星在宇宙空间俯视地球，利用一种遥感探测仪器，简称感应器，接收来自地球表面和大气发射和反射的各种电磁波能量的信息，这些信息需要经过处理与反演，才能得到表征地表和大气的物理状态及其参数。气象卫星连续不断地沿近极地轨道运行，再加上地球自转，可以实现全球范围观测，由于卫星的轨道面和太阳始终保持相对固定的取向，所以称它为近极地太阳同步卫星，简称极轨卫星（见下图）。其缺点是时间分辨率低，一颗卫星对某一地方一天只能观测二次。它仅适合于观测大尺度天气系统。而对生命史短促又能造成突发性灾害性的中小尺度天气系统，需要用另外一种绕地球赤道(轨道平面与赤道平面平行)以与地球自转方向

2、一致和相同角速度运行的卫星，这种卫星相对静止于地球上空的某一点处，故称为静止卫星，又叫地球同步卫星（见下图），只要采用适当的卫星姿态控制，就能实现对某个范围内进行连续不断地观测。 地球同步卫星在赤道上空3万6千公里上空。由六颗静止卫星和二颗(或更多)极轨卫星（见图1）组成了全新的全球卫星探测系统。全球观测系统具有获取全球探测资料、时空分辨率高、统一性好等优点。 气象卫星遥感基础知识图1 在气象卫星的被动遥感(见图1)系统中，电磁辐射源是太阳和地球大气系统。辐射源发出的能量都必须经过大气再传播到气象卫星的扫描辐射仪（感应器），大气中各种成分由于它们分子结构不同，使各种大气成分具有特定的吸收光谱和

3、透射区。辐射能能够较好地穿透大气的一些波段称为大气窗(也称大气窗区，见图1)。显然大气中各种成分在大气窗区都没有明显的辐射能吸收。在光谱范围内最重要的两个窗区是可见光窗区(0.35-0.76m)和红外窗区(10-12m)。对太阳辐射的主要吸收气体为臭氧，水汽和二氧化碳，它们的主要吸收谱区也称为吸收带（见图1）分别为：臭氧的主要吸收带在太阳紫外辐射区和9.6m；水汽主要吸收带是6.5-8.3m和13m；二氧化碳主要吸收带在4.3和15m。气象卫星的感应器感应某一特定波段(也称为通道（见图1）)的电磁波。为了使卫星接收讯号最强，便于从中分离出所需的气象信息，通道都选择在大气窗或吸收带。 气象卫星资

4、料处理简介一、当地面接收机接收到卫星发来的信号经解码之后，第一步是把各通道的电压或电流的计数值还原成为卫星观测到各通道的原始辐射值(即电磁波的能量)，然后，再把原始辐射值处理成为各种地球物理参数。二、气象卫星遥感图像的处理，主要是几何校正、投影变换和增强显示等。几何校正包含探测仪器、卫星姿态和目标物引起的畸变，由国家卫星气象中心处理，预报员可能使用投影变换和增强显示这两种功能。我国大部分地区采用兰勃托投影最好，低纬度宜采用麦卡托投影。卫星云图的增强处理是对灰度(或辐射值)进行灰度变换，将人眼难以发现而又重要的特征清楚表示出来。分析强降水云团用Mb增强曲线；而用于分析热带气旋就宜用Bd增强曲线。

5、2.卫星图像的识别和分析 可见光云图的特点卫星上的扫描辐射仪接收来自地表和云表面对太阳辐射中可见光波段的反射，经过转换而得到图像。其色调决定于反射可见光辐射能的大小，若反射可见光辐射能大，色调就白(或称为亮)，也称为地表或云表面的反照率强，反之就黑(暗),色调除了与目标物的反照率大小有关，还决定可见光射入到目标物的辐射能大小，也就是与太阳高度角有关。同一物体中午时在云图上的亮度就比早晨或傍晚时亮，早晨或傍晚的可见光云图也会表现出半边亮半边暗。由于早晨或傍晚的太阳高度角低，当云顶高低不一时，也会表现出高的目标物在低的目标物上投的影子，暗影出现在目标物的背光一侧。暗影的宽度与太阳高度角和云顶高度差

6、有关，当太阳高度角较低或云顶之间高度差大时，迎太阳一侧很明亮，而背光一侧出现暗影，而且暗影又宽又清楚。可见光云图的空间分辨率比红外云图高。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(见下图）；它表明水面有微波或水面平静。 卫星图像分析应注意的问题1.空间分辨率对云顶温度估计（云顶高度）的影响。当云区密布，而且云较厚，云下的辐射不能透过，卫星测量到的云顶亮温比较符合实际情况。若云区内有小裂缝或晴空区，而且这些小裂缝或晴空区都小于仪器的分辨率，这时卫星测到的云顶亮温比实际的要暖些。2.发射体的能量向卫星传输途中，因散射和吸收造成能量损失，那么离卫星的星下愈远，能量的损失愈大。这种衰减的结果，导致红外云图上的亮温比实际情况更冷。3.云下层辐射的污染问题。在薄的卷云下面A处有低云，B处有高层云，而C处没有中低云，卷云的下面有来自三个不同高度的红外辐射能量可以部分透过它而到达卫星上，称为污染。其结果是A处的卷云可能误判为中云，而B处误判为高云，C处卷云又误判为低云。此外，在红外云图还容易把密实的卷云误判为Cb云，这些情况结合可见光云图均可以得到正确判断。黑色区（见上图），必须结合可见光云图方能正确区分是无云还是有云。