红外被动遥感云参数难点.docx

红外被动遥感云参数一、卫星图象的基本特征卫星云图是气象卫星最易最早进行的观测项目之一，也是最早直接在气象业务中发挥作用最大的卫星资料。早期气象卫星采用电视摄像机对地球大气系统进行观测，得到反映云分布的电视云图，但是用这种仪器得到的云图只限于白天，无法得到夜间的云图，到上世纪七十年代，美国第二代业务气象卫星姿态为三轴定向稳定，观测仪器采用扫描辐射仪，可以根据需要选择二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它类型的云图。卫星云图主要表示地面、云面的特性，所以卫星观测仪器在选取波长时应选取 （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，观测对象与其它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。卫星资料有两大类，一类的图象资料，如卫星云图、水汽图等，它是由成象类辐射计获取，这类资料成图迅速，时、空分辨率高，直观形象，水平分布连续，使用方便，必须对图象进行二次处理才能进行定量分析应用；另一类是探测资料，为定量数字资料，光谱分辨率高，用于大气温度和成份的探测。卫星云图可以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、小尺度等灾害性天气现象；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。随着卫星探测技术的高速发展，卫星观测通道越来越多，图象的种类大增加，经处理后定量的卫星资料也越来越多，卫星云图的应用表现出广阔的前景。对天气预报来说，卫星云图分析的主要内容有： （1）区分不同通道的云图，即这是一张可见光云图还是红外云图？对于分裂窗的红外云图又是那个通道的等等； （2）把云和地表区别开来，尤其是将云和雪区别开来； （3）识别不同种类的云，是中云还是高云？是积雨云还是层状云？它们之间有那些相同之处？有那些不同的地方？识别不同类型的地表，是陆地还是水体？如果是积雪，是新雪还是旧雪？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）从卫星云图估计气象要素，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，为天气预报提供依据。卫星携带的成象仪在不同谱段测量的辐射转换成不同色调的图象就得到卫星图象，当前卫星图象有二种，一种是卫星云图，它主要反映大气中云系分布；另一种是水汽图，其主要表示大气中水汽分布。 在分析卫星云图时，仅停留在云系的识别和天气系统的分析是很不够的，应进一步弄清楚分布于云图上各地局地云系，天气尺度云系任一处的云，这些云系为什么是这样分布的，卫星云图上云系形成和分布及演变的物理原因，只有对卫星云图上的云系的形成、演变的物理原因了解清楚，才能更好地用于天气预报。卫星云图资料谱段多，时间空间分辨率高，要用好卫星资料必须对每一时刻的云图仔细分析，每日的卫星资料数量多，提供的信息比任何一种资料要多很多，仅根据常规气象资料是难以对快速变化的灾害性天气作出预报的。 第一节 可见光和近红外云图基本特点一、可见光云图的特点可见光云图是卫星扫描辐射仪在可见光谱段，如AVHRR仪器的CH1(0.68 ~ 0.725微米）通道或静止卫星上VISSR仪器的(0.52~ 0.75微米)，测量来自地面和云面反射的太阳辐射，如果将卫星接收到的地面目标物反射太阳辐射转换为图象，如果卫星接收到的辐射越大，用越白的色调表示；而对接收到的辐射越小，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，物象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决定于入射到目标物上的太阳辐射，及目标物的反照率。入射至目标物的太阳辐射又与太阳高度角有关。因此，在可见光云图上物象的色调与其本身的反照率和太阳高度角有关。下面对此进一步说明。 1、反照率对可见光云图上色调的影响 从（1.2）式可以看到，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，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，物体的反照率愈大，它的色调愈白；反照率愈小，色调愈暗；表1给出了各种云和地面目标物的反照率，从表中可以看出：（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