卫星气象学509分析.pptxVIP

第五章 卫星云图观测原理和识别 第一节 卫星云图观测原理和基本特征 第二节 卫星云图上识别云的判据 第三节 卫星云图上各类云的识别 第四节 卫星云图上地表特征分析 ; 第一节 卫星图像的基本特征 卫星云图是气象卫星最早的观测项目之一。早期观测得到的是电视云图，只限于白天。探测技术发展到1970年代，美国第二代业务气象卫星姿态改为三轴定向稳定，采用扫描辐射仪，选择多通道观测，可得到白天的可见光云图，红外或其它类型的云图。 卫星云图主要反映地面、云面的特性，选取波长很重要： ①减少大气对观测的影响：选用大气窗区，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根据观测对象特征差异确定选用的波段：根据目标物光学特性，选择观测对象与其它目标特征差异最大的波段； ③根据卫星观测目标的特性确定观测资料类型： 卫星资料有两大类，一类图像资料，如卫星云图、水汽图等，由成像类辐射仪获取，成像迅速，时、空分辨率高，直观形象，水平分布连续，使用方便；另一类数字资料，光谱分辨率高，用于大气温度和成分的探测。 ; 卫星云图为天气预报、大气流场和各种物理量场提供重要信息；监视中、小尺度天气现象；提供海洋、高原和沙漠地区的气象资料；监测灾害天气有重要作用。时空分辨率高，观测通道越来越多，图像种类增加，定量化资料越来越多，应用前景广阔。 卫星云图分析的主要内容有： ①区分不同通道的云图，是见光云图还是红外云图、分裂窗的红外云图是哪个通道等等； ②区别地表和云区，尤其是将云和雪区别开来； ③识别不同种类的云，高云、中云、低云、积云、层云等； ④分析云系分布、对应的天气系统、发展阶段和未来演变； ⑤从云图估计各种气象要素；如风、温度、湿度、大气稳定度、垂直运动、涡度、云参数和降水等。 ⑥将卫星云图与常规天气图，雷达资料等结合全面综合分析。; 一、可见光云图基本特点 1．可见光云图观测原理 卫星在可???光大气窗区观测，大气中的散射辐射很小时，这时可以略去(3．377)式中第一、二、四项，卫星接收到的辐射为： 式中ρλ (μ，φ；一μsunφsun)是双向反射率。在水平方向近似为均匀的，地面为朗伯面各向同性，不考虑大气散射时，传输方程为 式中ρL (λ)是朗伯面反照率。〒λ（τλs ，μsun ) 、 〒λ（ τλs ，μ ）分别是太阳光入射方向和卫星观测方向的大气透过率。由于又在大气窗区〒λ （τλs ，μ sun ) ≈〒λ(τ λs，μ）≈1，所以上式又可以写为：; 从上式可见，由于Eλ ( ∞)是入射大气顶的辐射，通常可以当作定值，因此卫星在可见光谱观测的辐射可以近似地认为与地面的反照率ρL （λ）和太阳的天顶角余弦μsun成正比。 2．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，CHl(0．68—0.725μm）通道或静止卫星的(0．52—0．75μm)，测量来自地面和云面反射的太阳辐射，将这种地面目标物反射的太阳辐射转换为图像，卫星接收的辐射越大，用越白的色调表示；接收到的辐射越小，用越暗的色调表示，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决定于入射到目标物上的太阳辐射，及目标物的反照???。入射至目标物的太阳辐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。; 影响可见光云图亮度的主要因素： (1)反照率对可见光云图上色调的影响 从上式可以看到，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，物体的反照率越大，它的色调越白；反照率越小，色调越暗。 表5．1为各种云和地面目标物体的反照率，可以看出： ①水面的反照率最低，厚的积雨云反照率最大； 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、