5＿第5章卫星图像的分析基础.ppt

第五章 卫星图像的分析基础 第一节卫星图像的基本特征 卫星云图是气象卫星最易最早进行的观测 之一。早期气象卫星采用电视摄像机对地[ 球大]气系统进行观测，但是用这种仪器得 到的云图只限于白天，到1970年代，美国 第二代业务气象卫星姿态改为三轴定向稳 定，观测仪器采用扫描辐射仪，可以选择2 个或以上的波长间隔(通道)对地[球大]气 系统进行观测，可以得到白天的可见光云 图，还可以得到红外或其他类型的云图。 卫星云图主要反映地面、云面的特性，所 以卫星观测仪器在选取波长时应注意： ①减少大气对观测的影响：选用透明的大 气窗区，尽可能避免存有气体吸收和散射 的波段，以达到清楚观测地表或云分布； ②根据观测对象确定选用的波段：根据目 标物光学特性，观测对象与其他目标物间 特征差异最大的波段； ③根据卫星观测的目标特性确定观测波段 卫星资料的类型： ①图像资料，如卫星云图、水汽图等，它 是由成像类辐射仪获取，这类资料成像迅 速，时、空分辨率高，直观形象，水平分 布连续，使用方便，但还须对图像进行二 次处理才能进行定量分析应用； ②探测资料，为定量数字资料，光谱分辨 率高，用于大气温度和成分的探测。 卫星云图的主要应用范围 卫星云图为天气预报提供云参数、大 气流场和各种大气物理过程等重要的气象 信息，能监视常规天气图上无法发现的诸 如中、小尺度灾害性天气现象；更重要的 是卫星云图能提供海洋、人烟稀少的高原 和沙漠地区的气象资料。 由于卫星云图的时空分辨率高，对于 监测海洋、地理、农作物生长和森林火灾 有重要作用。 对天气预报来说，卫星云图分析的主要内容： ①区分不同通道的云图，判别是可见光云图还 是红外云图?对于分裂窗的红外云图又是哪个通道的等等； ②区别地表和云，尤其是将云和雪区别开来； ③识别不同种类的云，中云还是高云? 积雨云 还是层状云等? 相同之处与不同之处?识别不同 类型的地表，是陆地还是水体?如果是积雪，是新雪还是陈雪?等等； ④分析大范围云的分布及其对应的天气系 统，根据天气尺度云系特点确定天气系统 发展的阶段，预告其未来变化； ⑤从卫星云图估算气象要素，如风、温度 、湿度、大气稳定度、垂直运动、涡度、 云参数(云量、云顶温度(高度)和光学特 性)和降水等； ⑥将卫星资料与常规天气资料、雷达等探 测资料结合一起，进行综合分析，为天气 预报提供可靠的依据。 决定卫星中观测仪器识别云和地面物体的 能力（分辨率）的主要因子： （1）卫星的高度 （2）观测仪器相对物象点的角度 （3）云和地面某物体与环境的反照率相 对差异大小 （4）观测仪器的扫描线密度 卫星携带的成像仪在不同谱段测量的辐射 转换成不同色调的图像就得到卫星图像。 卫星图像种类： （1）卫星云图，它主要反映大气中云系 分布； （2）水汽图，其主要表示大气中水汽分 布。 风云二号卫星图像仪的观测通道 一、可见光云图的基本特点 可见光云图是卫星扫描辐射仪在可见光 谱段（0.40～0.76μm）测量来自地面和云 面反射的太阳辐射。 如AVHRR仪器的CH1(0.68～0.725μm ) 通道静止卫星的0.52～0.75μm通道。 若卫星接收到地面目标物反射的太阳辐 射转换为图像，卫星接收到的辐射越大，就 用越白的色调表示；接收到的辐射越小，则 用越暗的色调表示，这就得到可见光云图。 在可见光云图上，物像的色调决定于反射太阳 辐射的强度。而卫星接收到的反射太阳辐射由 下列决定： （1）入射到目标物上的太阳辐射； （2）目标物的反照率。 入射至目标物的太阳辐射又与太阳高度角 有关。因此，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、可见光云图特点 (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，物体的反照率越大，它的色调越白；反照率越小，色调越暗。 (2)太阳高度角对可见光云图上色调的影响 太阳高度角决定了卫星观测地面时的照 明条件，太阳高度角越大，光照条件越好，卫星接收到的反射太阳辐射也越大，否则越小。这就是目标物的色调还与每天卫星观测的时刻和季节有关的原因。 如在北半球冬季中高纬度地区，太阳高度角 很低，照明差，图片色调十分灰暗。又如卫 星在早晨或傍晚观测，太阳高度角也很低， 图片色调也很暗。 对于同一图片上的各个点的太阳高度角也 不同，如是上午的云图，图片右半侧(东 面一侧)的太阳高度角较高，色调明亮， 而左半侧，太阳高度角低，色调较暗。反 之也可以根据这一特点判断云图的观测时 刻，是否是可见光云图。对于静止卫星中 午的云图，整个观测区的光照条件较好， 物像间的反差明显，图片明亮。 VIS图像中分析中需特别注意： 一是云与地面雪盖的区