衛星氣象學

2022-12-27 20:42:05 字數 5222 閱讀 2604

太陽常數:指在不考慮大氣作用,在平均日—地距離處,垂直於太陽入射的表面上接收到太陽的輻照度。

遙感: 在一定距離之外,不直接接觸被測物體和有關物理現象,通過探測器接受來自被測物體(目標物)反射或發射的電磁輻射資訊,並對其進行處理,分類和識別的一種技術.

星下點:是指衛星與地球中心的連線在地球表面上的交點,用經緯度表示。由於衛星運動和地球的自轉,星下點在地球表面形成一條連續的運動軌跡,這一軌跡稱為星下點軌跡。

截距:由於衛星繞地球公轉的同時,地球不停地自西向東旋轉,所以當衛星繞地球轉一周後,地球相對衛星轉過的度數稱之為截距。可見截距是兩個公升交點之間的經度差。

大氣窗:通常把電磁波通過大氣層時較少被反射、吸收或者散射而透過率較高的波段稱做大氣窗。

太陽同步衛星軌道(極軌衛星軌道):指衛星的執行的軌道平面與太陽始終保持固定的取向,由於這種衛星軌道的傾角接近90°

選擇性輻射體:如果物體的吸收率(或發射率)隨波長而變,則這物體稱做選擇性輻射體

黑體是指某一物體在任何溫度下,對任意方向和任意波長的吸收率或發射率都等於l,這種物體稱為黑體。

黑體:液態水、新雪;

灰體:陳雪、冰;

選擇性吸收體:液態水雲、卷雲、土壤、草地、沙漠、森林、混凝土、城市;

輻射平衡:如果乙個物體在某一溫度從外界得到輻射能,恰等於物體因輻射而失去的輻射能,則該物體的熱輻射達到平衡,而溫度保持不變,這一熱輻射過程稱做平衡熱輻射或輻射平衡。

局地熱力平衡:可設想大氣中存在如下狀態:在這個狀態中,氣體的每一體積元量猶如處在熱力平衡狀態中(對這個體積溫度而言),這樣的平衡稱局地熱力平衡。

基爾霍夫輻射定律:指的是在同樣的溫度下,各種不同物體對相同波長的單色輻射出射度與單色吸收比之比值都相等,並等於該溫度下黑體對同一波長的單色輻射出射度。

大氣的散射效應:主要起因於大氣中懸浮的氣溶膠粒子,如塵埃、水滴、冰晶等對電磁輻射的散射作用,它將使輻射在大氣中傳輸時改變方向,散射過程中輻射能量將在空間重新分配,分配方式與輻射波長、粒子尺度和形狀以及粒子的折射率有關。散射作用:

太陽輻射在長波過程中遇到小微粒而使傳播方向改變,並向各個方向散開。改變了電磁波的傳播方向;干擾感測器的接收;降低了遙感資料的質量、影像模糊,影響判讀。 大氣散射集中在太陽輻射能量最強的可見光區。

因此,散射是太陽輻射衰減的主要原因。

瑞利散射:當微粒的直徑比輻射波長小得多時,此時的散射稱為瑞利散射。瑞利散射的強度隨著波長變短而迅速增大。

紫外線是紅光散射的30倍,0.4微公尺的藍光是4微公尺紅外線散射的1萬倍。 瑞利散射對可見光的影響較大,對紅外輻射的影響很小,對微波的影響可以不計。

公尺氏散射:當微粒的直徑與輻射波長差不多時的大氣散射。雲、霧的粒子大小與紅外線的波長接近,所以雲霧對對紅外線的公尺氏散射不可忽視。

無選擇性散射:當微粒的直徑比輻射波長大得多時所發生的散射。符合無選擇性散射條件的波段中,任何波段的散射強度相同。 滴、霧、塵埃、煙等氣溶膠常常產生非選擇性散射。

亮度溫度tb: 如果物體發射的輻射亮度(輻射強度)與溫度為tb的黑體輻射亮度溫度相等我們稱黑體的溫度tb 為該物體的亮度溫度。

衛星雲圖的增強處理是對灰度或輻射值進行處理,通過灰度變換,將人眼不能發現的目標物細微結構清楚地表示出來。

行星反照率:地球-大氣系統的反照率稱為行星反照率,它表示射入地球的太陽輻射被大氣、雲及地面反射回宇宙空間的總百分數。

空間解析度:這是指衛星在某一時刻觀測地球的最小面積

灰度解析度或溫度解析度:在紅外或可見光雲圖上,當兩個瞬時視場內目標物的溫度或反照率,能夠分辨的最小溫度差或反照率差值稱之溫度解析度或灰度解析度。

時間解析度:是指衛星對同一地區觀測的時間間隔。

主動雷達:測雨雷達雲剖面雷達 cpr雲廓線雷達。

渦旋雲系:是一條或多條不同雲量和雲類的螺旋雲帶朝著乙個公共中心輻合形成的。

近極地太陽同步衛星軌道的定義及其優缺點:

指衛星的執行的軌道平面與太陽始終保持固定的取向,由於這種衛星軌道的傾角接近90°,衛星近乎通過極地,所有又稱它為近極地太陽同步衛星軌道,通常簡稱極地軌道,極地衛星幾乎以同一地方時(只對軌道的公升段或降段)經過世界各地

優點:①軌道預告、資料接收定位都十分方便;

②極軌衛星可觀測全球,尤其是極地區域;

③能得到穩定太陽能,保障衛星正常工作。

缺點:①時間解析度低,對某一地區的觀測時間間隔長,一顆極軌衛星的每天只能對同一地區觀測兩次,不能滿足氣象觀測要求,不能監視生命短、變化快的中小尺度天氣系統;②相鄰兩條軌道的觀測資料不是同一時刻的,需要進行同化。

1、極軌衛星和靜止衛星的觀測特點是什麼?優缺點。

(1)極軌衛星(太陽同步軌)

1)優點有:①由於太陽同步軌道近似為圓形,軌道預告、接收和資料定位都很方便;②有利於資料的處理和使用;③太陽同步軌道衛星可以觀測全球,尤其是可以觀測兩極地區;④在觀測時有合適的照明,可以得到充足的太陽能。

2)缺點是:①可以取得全球資料,但觀測間隔長,對某—地區,一顆衛星在紅外波段取得兩次資料; ②觀測次數少,不利於分析變化快,生命短的中小尺度天氣系統。③相鄰兩條軌道的資料不是同一時刻,這對資料的利用不利。

(2)靜止衛星

1)優點:①是衛星高度高,視野廣闊,乙個衛星可對南北70°s--70°n,東西140個經度,約佔地球表面1/3;②是可以對某一固定區域進行連續觀測,約半小時提供一張全景圓面圖;③是可以連續監視天氣雲系的演變,特別是生命短,變化快的中小尺度天氣系統。2)不足是:

①它不能觀測南北極區。②由於其離地球很遠,若要得到清楚的**,對儀器的要求很高。③衛星軌道有限。

2、什麼是可見光雲圖?有什麼特徵?

可見光雲圖是衛星掃瞄輻射儀在可見光譜段測量來自地面和雲面反射的太陽輻射,如果將衛星接收到的地面目標物反射的太陽輻射轉換為影象,衛星接收到的輻射越大就用越白的色調表示,而接收到的輻射越小則用越暗的色調表示,就可得到可見光雲圖。

特點:1、反照率對色調的影響,在一定的太陽高度角下,反照率越大色調越白,反照率越小,色調越暗

(1)水面反照率最小,厚的積雨雲最大

(2)積雪與雲的反照率相近,僅從可見光雲圖上色調難以區分

(3)薄卷雲與晴天積雲,沙地的反照率項接近難以區分

2、太陽高度角對色調的影響,太陽高度角決定了觀測地面照明條件,太陽高度角越大光照條件越好,衛星接收到的反射太陽輻射也越大,否則越小

3、什麼是紅外雲圖?有何特徵?

(1). 衛星在紅外波段選用的通道有: 3.55—3.93微公尺和10.

5—12.5微公尺。把3.

55—3.93微公尺通道雲圖稱短波紅外雲圖,而把10.5—12.

5微公尺通道雲圖稱長波紅外雲圖。被測物體溫度越高,衛星接收的輻射越大,溫度越低,輻射越小。將這種輻射轉換成圖象,輻射大溫度高用黑色表示,輻射小溫度低用白色表示。

即為一張黑白色紅外雲圖。紅外雲圖是一張物體的亮度溫度分布圖,而不是實際的溫度分布圖。

(2). 紅外雲圖的特點

紅外雲圖上地面、雲面色調隨緯度和季節而變化。黑赤道白極地,地面和雲面溫度向高緯度地區遞減,在高緯度,雲面和地面的溫度相近不容易區分。2:

紅外雲圖上水面和路面色調的變化。海溫和陸溫。在白天陸地上乾燥的地表溫度變化大,色調製化也大。

潮濕或有植被覆蓋的地方,色調製化小。

4、什麼是水汽影象?有何特徵?

(1) 紅外波段5.7—7.3微公尺是水汽強吸收帶,中心波長約為6.7微公尺。衛星在這一吸收帶測得的輻射主要是大氣中水汽發出的。將衛星在這一波段測得的輻射轉換成圖象就得到水汽圖,通常在水汽圖上色調愈白,表示水汽越多,色調越黑,水汽越少。

(2)水汽圖象的基本特徵:

①在水汽圖上積雨雲和卷雲的表現十分清楚。

②難以在水汽圖上看到地表和低雲。

③在水汽圖上水汽的表現遠比在紅外雲圖上的雲區寬廣。

④在水汽圖上色調淺白的地區是對流層上部的濕區,色調韋黑區是大氣的乾區。

衛星雲圖的增強處理:

反差增強:它是使原來兩個灰度差異很小的畫素點,擴大其灰度範圍,即突出像點間的灰度差異,使黑的更黑,白的更白,從而區別它們。

分層增強分層增強是將影象上各灰度值,按其需要將其合併或分解成若干等級間隔,對每個間隔賦予乙個灰度值,這樣每乙個畫素的灰度由其本身落入那個間隔的、所給定的灰度值來確定。

5、紅外雲圖上海陸色調有什麼變化?

在冬季中高緯地區,海面溫度高於陸面溫度,因此海面的色調比陸面的要暗,但是到夏季,陸面溫度要高於海面溫度,特別是在我國北方沿海地區,春末夏初白天陸地增溫快,如山東半島地區就表現為較暗的色調。如果陸地與水面的溫度相近,則他們的色調相近,水陸界限也不清楚。在白天的陸地上,乾燥地表的溫度變化大,其色調製化也大;潮濕或有植被覆蓋的地區,溫度變化較乾燥的地區小,故其色調製化也小。

6、衛星雲圖上識別雲的主要依據是什麼?

在衛星雲圖上識別雲,一般是根據雲的六個基本特徵來判別,這六個特徵是結構型式、範圍大小、邊界形狀、色調、暗影和紋理。

(一)、結構型式:

(二)、範圍大小:

(三)、邊界形狀:

(四)、色調(亮度):色調也稱亮度或灰度,它指的是衛星雲圖上物象的明暗程度不同通道雲圖上色調代表的意義也不同。在可見光雲圖上的色調與反照率、太陽高度角有關。

對雲而言,色調與雲的厚度、雲中粒子性質和雲面光滑程度有關,一般說來,雲的色調隨雲的厚度加大而變白,在雲厚和照明條件相同的情況下大水滴的雲要比冰區白,大而厚的積雨雲最白;水面的色調決定於水面的光滑程度、含鹽量、混濁度和水層的深淺,一般說來,光滑的水面表現為黑色,水愈混濁和水層愈淺,其色調愈淺。在紅外雲圖上,物象色調決定於其本身溫度,並隨物象溫度變低而變白。

(五)、暗影:暗影是指在可見光影象上,在一定太陽高度角之下,高的目標物在低的目標物上的投影,所以暗影都出現在目標物的背光一側。暗影可以出現在雲區裡面或雲區邊界上,表現為一些細的暗線和斑點。

(六)、紋理:紋理是用來表示雲頂表面光滑程度的乙個判據。

7、衛星雲圖上捲狀雲、層狀雲、積狀雲的基本特徵是什麼?

(1)卷雲的一般特點卷雲的高度最高,由冰晶組成,具有透明性,反照率低,在可見光影象上呈現淡灰色到白色不等,有時還可透過卷雲看到地面目標物。由於卷雲的溫度比其它雲都要低,在紅外影象上表現為白色,與地表、中低雲間形成明顯的反差。在水汽影象上卷雲是白亮的。

(2)層狀雲:在可見光雲圖上,表現為一片光滑均勻的雲區,尺度範圍大。在可見光雲圖上,色調從灰色到白色,且邊界光滑整齊清楚,受地表影響較大。

(3)積狀雲表現為雲帶、雲線和細胞狀結構,紋理為多皺紋、多起伏和不均勻。邊界不整齊不光滑,在可見光雲圖上是白色。

8、可見光和紅外雲圖上地表特徵如何識別?

可見光雲圖上,地表的色調主要取決於反照率而反照率又與土壤濕度、粗糙度、土壤型別及粒子大小和覆蓋於地表上的植被等有關。一般情況下,陸地表面呈現淡灰到深灰。紅外雲圖上,陸面的色調決定於地表的溫度分布,地表溫度越高,色調越暗,否則越淺。

目標物間的溫度差異越大,目標物邊界處的溫度梯度越陡,則越容易區別它們。另外,陸面的色調也隨緯度、季節和晝夜變化。

氣象學實習

實習三 能見度 氣壓 輻射和風 能見度一 概述 能見度觀測是氣象站判斷某些天氣現象及強度的重要指標,其在保障航空和地面交通安全及大氣汙染研究方面發揮著重要作用。能見度是表徵氣團特性的要素之一。氣層穩定時,氣溶膠多分布在低層大氣中,使能見度變壞 而當氣層不穩定時,由於對流和湍流的作用,將水汽 雜質帶至...

氣象學複習

農業氣象學 第一章大氣 一 名詞解釋題 氣象要素 構成和反映大氣狀態的物理量和物理現象。主要包括氣壓 氣溫 濕度 風 雲 能見度 降水 輻射 日照和各種天氣現象等。2 填空題 1.幹潔大氣中,按容積計算含量最多的四種氣體是 氮 氧 氬和二氧化碳 2.大氣中臭氧主要吸收太陽輻射中的紫外線 3.大氣中二...

氣象學提綱

熟悉人工降水基本原理 了解水汽壓和相對濕度的日變化 年變化和隨高度的變化 了解地面水汽凝結現象 如露和霜 霧凇和雨凇 6.大氣運動 掌握氣壓的定義 單位及其換算 掌握氣壓系統和氣壓場的概念 等壓面 等壓線 低壓 高壓 低壓槽 高壓脊的概念 掌握作用於空氣質點的力 包括水平氣壓梯度力 水平地轉偏向力 ...