气象卫星总复习.doc

第2章 卫星的运动和气象卫星l 卫星运动三定律1、卫星运行的轨道是一圆锥截线（圆、椭圆、抛物线、双曲线），地球位于其中的一个焦点上。2、卫星的矢径在相等时间内扫过的面积相等（即面积速度为常数）。3、卫星轨道周期的平方与轨道的半长轴的立方成正比。l 升交点与降交点：卫星由南半球飞往北半球那一段轨道称为轨道的升段；卫星由北半球飞往南半球那一段轨道称为轨道的降段；把轨道的升段与赤道的交点称升交点。轨道的降段与赤道的交点称降交点。l 轨道倾角(i)：指赤道平面与轨道平面间的（升段）夹角。l 周期(T)：指卫星绕地球运行一周的时间。l 截距(L)：连续两次升交点之间的经度数。L=T*15度/小时。l 星下点：卫星与地球中心连线在地球表面的交点称为星下点。l 轨道数：指卫星从一升交点开始到下一个升交点为止环绕地球运行一圈的轨道序数。l 近极地太阳同步卫星轨道（LEO)：卫星轨道面与太阳的相对取向保持不变，即，卫星几乎以同一地方时（升段或降段）经过世界各地。优点：（1）轨道为圆形，轨道预告、接收和资料定位方便；（2）可实现包含极地的全球观测；（3）在观测时有合适的太阳照明，有利于资料处理和使用；（4）仪器可以得到充分的太阳能供给。缺点：（1）对中低纬度同一地点观测的时间间隔太长（相对于GEO)，不利对中小尺度天气系统的监测；（2）相临两条轨道的观测资料时间差达100多分钟，拼图不利。l 地球同步/静止卫星轨道（GEO)：卫星的倾角等于0，赤道平面与轨道平面重合，卫星在赤道上空运行；卫星周期正好等于地球自转周期（23小时56分04秒）卫星公转方向与地球自转方向相同。卫星相对于地球而言是静止的（没有任何方向上的运动）。特点：轨道倾角i=0，地球赤道平面与卫星轨道平面重合；卫星运行方向与地球自转方向相同； 轨道偏心率e=0，即轨道是圆形； 卫星运行周期T=23小时56分04秒。 H=（/42）T21/3-R= 35860（Km） V=/（R+H）1/2=3.07（千米/秒）优点：（1）高度高，视野广；（2）对同一地区连续观测；（3）监视中小尺度天气系统；（4）圆轨道，定位、处理、接收方便。缺点：（1）不能观测两极；（2）高度高，精度难提高。第3章 气象卫星遥感大气的基本原理l 辐射能（Q):指电磁波携带的能量或物体发射辐射的全部能量。单位:焦耳（J）l 辐射通量()：指在单位时间内通过某一表面的辐射能。=Q/t=Q/t 单位:焦耳/秒（J/t）l 辐射通量密度(F)：指通过单位面积的辐射通量。F=/A =/A 单位:焦耳/米2.秒（J/m2t） l M出射度：指辐射体表面发射出的辐射通量密度l E辐照度：指投射到一表面上的辐射通量密度 F=M=El Radiance(辐射率,辐亮度）(L)：一个面辐射源在单位时间内通过垂直面元法线方向上单位面积、单位立体角的辐射能。单位：瓦米2球面度1（ W.m-2.Sr -1）l 黑体：指在任何温度、对任意方向和任意波长，其吸收率（或发射率）都等于1的物体。a()1l Emissivity(发射率,比辐射率,）：指辐射体的出射度M（辐射通量密度）与同一温度下黑体的出射度M的比值 =M/M ， 0,1之间。由于辐射体发射的辐射随波长而变，所以发射率也是波长的函数，写为()。l 灰体：指其吸收率与波长无关，且为小于1的常数的物体。a()=C L（T） =B（Tb），所以Tb 3 m时，雷利散射很小，可忽略。所以造成地球-大气辐射能衰减的主要原因是大气气体的吸收。l 大气吸收带：太阳或地球-大气的辐射在大气中传输时被大气中的某种气体所吸收。吸收随波长变化很大，在一些波段吸收很强，在另一些波段吸收很弱或没有吸收。对辐射吸收很强的波段就称为该气体的吸收带；l 大气窗：太阳或地球-大气的辐射在大气中传输时被大气中的某种气体吸收很弱或没有吸收的波段称为大气窗（因为这些波段的辐射可以象光通过窗户那样透过大气）。l 气象卫星接收到的辐射包括： 地面和云面发射的红外辐射； 地面和云面反射的太阳辐射； 地面和云面反射的大气向下的红外辐射； 大气各成分发射的红外辐射 ； 大气对太阳辐射的散射辐射l 权重函数的定义：某高度处大气透过率随高度的改变率，它表示高度p处大气发射的辐射到达卫星的权重l 图象灰阶规则：VIS：反射强,辐射测量值大，用白色表示，如厚云区；反之，用黑色表示。IR：温度低, 辐射测量值小，用白色表示，如厚云区；反之，用黑色表示。l 可见光云图观测原理在一定的太阳天顶角日下，物体反照率rs越大，卫星观测到的辐射L(s）就越大，在云图上色调就越亮； 而rs越小， L(s）就越小，卫星云图色调就越暗。（辐射大用白色表示；辐射小用黑色表示）；在反照率rs相同的条件下，太阳天顶角日越小（太阳高度角越大），卫星观测到的辐射L(s）就越大，卫星云图的色调就越亮； 日越小， L(s）就越小，卫星云图的色调就越暗。l 可见光(0.5-0.6微米)云图的特征 1.在一定的太阳高度角下，物体的反照率越大，它的色调就越白；反之，就越暗。云的反照率决定于云的厚度和相态。水面反照率一般小于陆地，但镜面反射除外。2.太阳高度角越大，它的色调就越暗；反之，就越白。故有色调日变化、季节变化等。3.外空不反射太阳光，为黑色。 有时会看到月亮。l 红外云图观测原理卫星观测到的辐射L(s）与物体温度有关。 物体温度越高，卫星观测到的辐射L(s）就越大，卫星云图的色调就越暗；物体温度越低，卫星观测到的辐射L(s）就越小，卫星云图的色调就越亮。（辐射大用黑色表示，辐射小用白色表示）。外太空：可见光黑色，辐射能小，r=0 ；红外白色，辐射能小, g=0, TB=0l 长波红外(10.5-12.5微米)云图的特征：卫星观测到的辐射越大，云图像素色调就越暗；辐射越小，云图像素色调就越亮。即，黑灰像素：物体温度高。白亮像素：物体温度低或小或辐射被衰减。1.地面色调随纬度和季节而变化。纬度越高，色调越白；夏季的色调比冬季的色调要暗（清晰）。2.海陆色调差异的季节变化：在北半球中高纬度地区，冬季海面温度高于陆面温度，云图上海面的色调比陆面要暗；而夏季正相反。3.云色调与云顶高度、云层厚度有关。受视场的影响;受光学路径的影响。4. 外空热辐射近为0，为白色。l 短波红外云图（3.553.93m） 3.55-3.93微米大气窗通道位于太阳辐射和地气辐射的重合区，在白天 L(s）包括反射的太阳辐射和地面云面发射的辐射两项，云图色调的变化较复杂，辐射大用黑色表示，增加了图象识别难度。对于地表温度遥感而言，短波红外通道在白天受太阳污染，主要在夜间测温。l 水汽图观测原理大气中水汽含量越大，对其下发出的辐射吸收就越强，到达卫星的辐射就越小。所以，水汽图色调越白，表示水汽越多。反之，色调越黑，表示水汽越少。l 水汽图（6.5-7.2um）的特征：水汽含量越多，色调越白；水汽含量越少，色调越暗。第4章 卫星资料的预处理和产品l 卫星资料预处理（1）数据解调、数据流分离（按通道、按数据特征） （2）卫星资料定位数据：象素定位：每一扫描点的位置； 经纬网格：图象加经纬网格； 卫星资料场的各种投影变换（3）卫星资料定标数据（目的：得到卫星计数值与物理量的转换关系。 Ri=Si Ci+Ii 可见光，Ei=Si Ci+Ii 红外、微波 。式中 Si、Ii为定标系数， i通道号 ， Ci 是卫星观测值， Ri是定标后反射辐射卫星遥感值，Ei是定标后红外辐射卫星遥感值。参考源：仪器内部黑体；高反射率的沙漠；宇宙空间。标定方法：制作定标曲线。实验室定标、在轨定标。）（4）太阳天顶角日订正： Ec=E（日）/cos（ 日）（5）卫星天顶角订正-临边变暗订正 ： TBc =TB () +TB()（6）卫星资料的质量控制（7）卫星数据库的建立： 数据库的设计和结构应考虑：全球还是区域；通道选择；分辨率, 精度；存储方式等。（8）极轨卫星三轨拼图显示l 云导风：是利用三张连续时次云图推导出风的信息。根据这些云图中云的移动，可以计算出不同高度层的风向和风速。第五章 卫星云图的识别l 卫星云图上识别云的判据：结构型式：带状、涡旋状、细胞状和波状等 ；范围大小 ；边界形状：直线、圆形、扇形和气旋性弯曲等 ；色调（亮度或灰度） ；暗影 纹理l 卷状云（纤维状卷云、卷云砧、密卷云）：全为高云，冰晶组成；可具有一定透过率；反照率低；纹理为纤维状/条带状。 l 层状云（卷层云、高层云、雾、层云、雨层云）：与稳定的大气层结有关，带、片状;覆盖范围大；云顶表面均匀、光滑，无一定的组织；低的层状云，水滴组成，边界常与地形等高线一致。l 积状云（积云、浓积云、积雨云、高积云、层积云、 卷积云）：是大气不稳定的表征，团状结构。尤其是Cu-Cb: 积云单体近圆形细胞状；群体结构有带状、线状、细胞状；纹理不均匀；可见光云图上常具有暗影；Cu cong-Cb会有卷云砧；积雨云的尺度差别很大。积雨云色调最白，云顶比较光滑，近圆形。第6章 天气尺度系统和云系l 带状云系（1）云带：宽而连续的云型，具有清晰的弯曲或不弯曲的长轴，长宽之比 4：1，且宽度1纬距。如：锋面、ITCZ、急流等。（2）云线：长宽之比 4：1，长30数百公里不等，且宽度26.5度， 离赤道5度以上， 低空有辐合流入气流， 高空有明显的辐散气流， 风的垂直切变小l 热带气旋的发展加强：云形由不规则逐渐变圆，云系范围变大，环流中心越来越明显；云系的偏南方向在低空有大量的对流云，以与中心云区较大交角辐合流入；云系高空至少在大于180度的范围有由卷云羽表示的明显辐散流出；云与移动前方的其它对流云团合并； 远离极锋系统云系25个纬距以上。l 热带气旋定位依据：有眼时眼以及云区大小、形状、结构；无眼时螺旋云带的曲率中心以及云系边界的积云线曲率中心。 l 强度估计依据：眼区的有、无，眼区范围大小、形状, 眼区温度；中心稠密云区范围大小，云顶温度；螺旋云带的有无、多少，云带云顶温度；螺旋云带环绕中心稠密云区的紧密程度。l 热带气旋移动影响因素：环境云场，自身云形特征 1、环境云场影响热带气旋的移动2、热带气旋自身云系特征影响： 向其长轴方向移动； 向其强稠密云区方向移动；呈“9”字型的热带气旋西行；呈“6”字型的热带气旋北上或转向； 由热带气旋云区长轴的旋转判断其移向。