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《卫星气象学》课程笔记

第一章绪论

1.1气象卫星遥感探测的特点

气象卫星遥感探测是一种利用卫星在太空中对地球大气和地表进行观测的技术。其特点如下：

（1）宏观性：气象卫星可以覆盖广阔的区域，对全球范围内的天气现象进行监测。

（2）连续性：气象卫星可以实现对同一地区的连续观测，有利于分析天气系统的演变过程。

（3）实时性：气象卫星观测数据可以实时或近实时地传送到地面接收站，为天气预报和灾害预警提供及时的信息。

（4）多样性：气象卫星搭载了多种观测仪器，可以获取不同类型的数据，如红外、可见光、微波等。

（5）非侵入性：气象卫星遥感探测不直接接触大气，不会对大气环境产生影响。

1.2气象卫星发展概况

气象卫星的发展始于20世纪50年代，美国和苏联分别发射了第一颗气象卫星。随后，欧洲、日本、中国等国家也相继发射了气象卫星。目前，全球已经建立了多个气象卫星系统，如美国的NOAA系列、欧洲的METEOSAT系列、日本的HIMAWARI系列等。

气象卫星的发展经历了几个阶段：

（1）试验阶段：20世纪50年代至60年代，各国发射了试验性气象卫星，验证卫星遥感探测的可行性。

（2）实用阶段：20世纪70年代至80年代，气象卫星开始广泛应用于天气预报和气象研究。

（3）业务化阶段：20世纪90年代至今，气象卫星已经成为气象业务的重要手段，全球气象卫星观测网络逐步完善。

1.3卫星资料在大气科学和其他领域中的应用

卫星资料在大气科学领域中的应用主要包括：

（1）天气预报：卫星资料可以提供大气温度、湿度、风向风速等参数，为数值天气预报模式提供初始场和边界条件。

（2）气候研究：卫星资料可以用于分析全球气候变化趋势，监测大气成分变化等。

（3）灾害预警：卫星资料可以监测台风、暴雨、洪水等自然灾害，为防灾减灾提供依据。

卫星资料在其他领域中的应用包括：

（1）海洋监测：卫星资料可以用于海洋温度、海面高度、海冰分布等方面的监测。

（2）环境监测：卫星资料可以监测大气污染、植被覆盖、土地沙化等环境问题。

（3）农业应用：卫星资料可以用于农作物生长监测、农业气象灾害预警等。

（4）城市规划：卫星资料可以提供城市热岛效应、绿化覆盖等信息，为城市规划提供依据。

第二章卫星运动规律和气象卫星轨道

2.1卫星轨道和卫星在空间的运动规律

卫星轨道：卫星轨道是指卫星在空间中绕地球运行的路径。卫星轨道可以分为三种基本类型，分别是地球同步轨道、太阳同步轨道和倾斜轨道。

卫星在空间的运动规律：卫星在空间的运动受到地球引力和惯性力的作用，遵循开普勒定律和牛顿运动定律。开普勒定律描述了卫星轨道的几何形状、大小和运行周期，牛顿运动定律则揭示了卫星轨道运动的动力原因。

2.2卫星轨道参数和轨道的摄动

卫星轨道参数：卫星轨道参数包括轨道半长轴、轨道偏心率、轨道倾角、升交点赤经、近地点幅角等。这些参数决定了卫星轨道的形状、大小和空间位置。

轨道的摄动：轨道的摄动是指卫星在轨道运动过程中，受到各种外力作用导致的轨道参数发生变化。主要的摄动力包括地球非球形引力、太阳辐射压力、大气阻力等。这些摄动力会影响卫星轨道的稳定性，导致轨道高度、倾角等参数发生变化。

2.3气象卫星轨道的实现及轨道的优缺点

气象卫星轨道的实现：气象卫星轨道的实现需要考虑卫星观测需求、轨道寿命、发射成本等因素。地球同步轨道和太阳同步轨道是气象卫星常用的轨道类型。

地球同步轨道：地球同步轨道是指卫星轨道周期与地球自转周期相同，卫星相对于地球表面保持固定位置。这种轨道的优点是能够实现对同一地区的连续观测，但缺点是只能覆盖赤道地区。

太阳同步轨道：太阳同步轨道是指卫星轨道平面与太阳光线保持固定角度，使卫星每次经过同一地区时，太阳光线照射条件基本相同。这种轨道的优点是能够实现对全球范围内的均匀观测，但缺点是卫星无法对同一地区进行连续观测。

第三章卫星遥感辐射理论

3.1电磁波谱和辐射度量

电磁波谱：电磁波谱是指电磁波按照波长或频率的不同排列而成的谱系。电磁波谱可以分为无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、X射线和伽马射线等几个波段。

辐射度量：辐射度量是用来描述辐射能量的一系列参数，包括辐射通量、辐射强度、辐射亮度、辐射出射度和辐射照度等。这些参数可以用来定量描述辐射在空间和方向上的分布。

3.2基本辐射定律

基本辐射定律包括以下几条：

（1）普朗克定律：普朗克定律描述了黑体辐射的能量分布规律，即黑体辐射的能量与其波长和温度有关。

（2）斯特藩-玻尔兹曼定律：斯特藩-玻尔兹曼定律描述了黑体辐射的总辐射出射度与黑体温度的四次方成正比。

（3）维恩位移定律：维恩位移定律描述了黑体辐射峰值波长与黑体温度的倒数成正比。

（4）兰贝特定律：兰贝特定律描述了辐射亮度在各个方向上的分布规律，即辐射亮度与观察方向的角