中科大云图知识讲义

云图知识讲义气象卫星云图知识历史：1.1960．4．1美国泰罗斯1970．4我国(东方红)，1988．9(风云一号)，1997．6．10(风云二号)2.极轨—静止意义：1.开创了全球性的自上而下的观测平台，范围大、内容广、新发现多：各种云图、云温、水汽、海冰、辐射等；高原锋面，中尺度云团等2.加强了灾害性天气的监测：连续、精确、填补了高原、海洋的空白3.提高了天气预报准确率，应用范围不断扩大：海气关系、环境变化等；如完善了对天气系统的认识4.完善了全球资料的收集与转发特点：1.自上而下，轨道多、范围大、不间断2.被动式多光谱遥感，信息量大3.观测项目不断增加：气象要素、地面状态气象卫星遥感大气的基本原理一.电磁波谱：（各波段特点性质各不相同）1.划分：γ射线；x射线；紫外线0．0045--0．35微米能被大多物质强烈吸收，如03；可见光0．35--0．76微米能被地面及云反射；红外线0．76--1000微米也称热辐射，辐射强度与物体温度及性质有关，气体以谱线形式吸收与发射，选择性强；近红外0．77－3微米；中红外3－6微米；远红外6－15微米；超远红外15--1000微米；微波1毫米—30厘米；无线电波大于30厘米；以上划分可有出入，如0．38-3微米段辐射源主要为太阳，易被物体反射，也称反射波段。2.辐射基本定律：有效温度，色温，亮度温度。二.卫星遥感：1.到达卫星转感器的辐射能：红外部分：来自地面和云；大气中各种气体；地面和云反射的向下大气红外辐射；地面和云反射的太阳辐射(红外部分)；大气对太阳辐射的散射(红外)。可见光部分：地面和云反射的太阳辐射；大气对太阳辐射的散射。2.对可见光的反射一一与反射体物理性质(颜色、干湿、密度等)及波长有关一一据此可选择接收不同波长以区别不同的物体(也与太阳高度角有关)：如随土壤含水量加大，反射率明显减小，干燥土壤反射率还随波长增大而增大；冰雪反射率在小于0.8微米时为1，以后渐小，近红外段明显下降，降雪更快；0．5--1.1微米段云、雪反射率都大，但在1．55-1．75及2．1，2．35微米段云仍有很高反射率。厚云、多层云、低云反射率大。3.大气对红外辐射光谱的吸收一一选择性强，形成吸收带一一与大气成分有关：地气辐射：大于25微米，仅在3--5微米处与太阳光谱重迭；氮、氧气不吸收：C0214．74．3微米；O39．6(4．714.1)微米；水汽：1．41．92．76,3及20-1000微米，且含量变化大。4.大气窗(微米)：紫外与可见光近红外红外远红外0.30－0.750.77－0.911.0－1.121.19－1.341.55－1.752.05－2.463.5－4.14.5－5.08.0－9.210.2－12.417.0－22.05.大气吸收带及大气窗的利用：吸收带能反应大气的特征；而透过大气窗能遥感地面和云的特征。遥感通道举例：0．58--0．68微米用于白天云分布及植物生长、水污染、地形；0．475--0．575微米用于研究地表及地下水、土壤岩石；0．725--1．10微米白天云分布、水体、水陆边界、土壤及植被等；3．4--4．2微米(短波红外窗)透明，敏感于温度，测海温云分布，白天受太阳干扰；10．5--12．5微米(长波红外窗)用于获得红外云图、云参数、海温；13--15微米(C02吸收带)利用测气温垂直分布。三.卫星云图观测原理接收波段要避开大气吸收；并能区别目标；利用太阳、地面、云最大辐射带1.常用波段：可见光云图：0．52--0．75微米；0．58--0．68均来自地面及云对太阳的反射(本身不发射)；0．725--1．10地面与云的反差大，要消除太阳入射角对反射率的影响；红外云图：3．55--3．93(短波)对温度敏感度大，大气衰减小，但白天有太阳辐射“污染”；10．5--12．5(长波)处于地气辐射高能量段，但受水汽含量影响较大，云图色调即物体亮度温度分布。水汽图：5.7--7．3(6．3)微米大气含水多，辐射来自高层；水少，则主要来自低层，80％来自620-240hPa。2.卫星观测仪(被动式)：辐射计探测：扫描式一成象扫描分辨率较高，观测范围广，波段较宽。用于大多卫星云图。目标面扫描多波段扫描，光谱窄。非扫描式一多光谱照相。感应器：可见光一测量反射率，如光敏二极管；红外一测热辐射，如热敏电阻。分辨率：空间分辨率象素可见光大于红外，也受高度、与星下点距离有关；温度分辨率与目标温度有关；时间分辨率。四.卫星的轨道及全球监测系统：1.卫星的轨道：卫星运动三定律：椭圆轨道；等时扇面相等；周期取决如半长轴轨道参数：里下点；升降交点；截距：倾角等卫星轨道的摄动：轨道平面进动；倾角小于90度，自东向西进动长轴旋转；倾向角等于63．4时不变2.近极地太阳同步卫星一一倾角近90度一一近动与公转影响相抵消：近圆形轨道；覆盖全球；但间隔长(一天两次红外，一次可见云图)；相邻轨道资料时间不同；寿命短。3.地球同步静止卫星一一离地35860公里一一视野广(70°S--70°N；东西140°)：连续观测：但离地远，不能覆盖全球，4.全球卫星观测体系：五颗静止卫星＋两颗极轨卫星(上下午)5.资料收集、处理、传送体系卫星云图识别基本知识一.分析要点：1.通道：可见光一一红外2.区别地表一一云一一积雪3.区别高、中、低及积云4.云的分布与天气系统(分布与演变)，要素分布等5.图象反差(辐射与反射能力、大气散射)；灰度(物体光谱特性、通道)的影响二.不同类型云图的基本特点：1.可见光：色调取决于反射率：与通道、季节、反射体、日照强度等有关。如积云80一90％，低云60—70％，沙漠与积雪60％，卷云35％，晴天积云29％，湖泊海洋10％左右。宇宙呈暗色。2.红外云图色调取决于红外辐射(温度)，与纬度、季节、云高等有关：如高纬冬天(以夜间更突出)不易区分低云与地面；冬天海暗陆亮，夏天相反；高云亮，低云暗。宇宙呈亮色。此外，云体间隙、视角及大气吸收等都影响色调。3.水汽图大气含水汽越多，色调越自。卷云清晰；不能区分地面及低云。三.云图上云的识别：1.判据：结构形式(带、涡旋、细胞状、波状)、范围、边界形状、色调、暗影、纹理等都与大气运动状态及天气系统有关。2.卷云：冰晶；稀；高；温度低；反射率小一一可见光灰白；红外白(最明显)，并与下方云体有关。3.积雨云：多为集合体，色调最白；顶部光滑：近圆团形或砧状；可见光上可有阴影。4.中云：多成片(涡、带、线、逗点状)，与天气系统联系较密切。5.积云：浓积云即积云群，常成线、带、细胞状，多不均匀。6.低云：成带、片出现，灰白色。7.其他：锋面多层云系；地表、冰雪、太阳反射耀斑等。四.天气尺度云系：1.大尺度云系：带状云系——急流、锋面、ITCZ等，由多层云系组成；祸旋云系：可包括数条螺旋状云带、线；逗点云系：形态；小逗点云系的形成与天气系统的关系；细胞状云系：