卫星云图与天气预报.ppt

气象卫星图像
及其在天气预报中的应用

江燕如
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全球大气探测的现状
占全球面积70%以上的广阔的海洋、高原、沙漠和两极地区，常规大气探测严重缺乏;（在我国西部尤为突出）.
中、小尺度天气预报和研究，在目前海洋、人烟稀少的高原和沙漠地区的气象资料。同时，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。
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卫星探测的分辨率～卫星仪器能区分两个物体的最小距离。表示卫星探测分辨率通常有三个参数：
①　空间分辨率：卫星在某一瞬时观测到地球的最小面积，这最小面积又称象元（或象素）。从卫星到这最小面积间构成的空间立体角称瞬时视场。卫星的空间分辨率与卫星的高度有关，卫星高度越高，分辨率越低，而且与卫星视角有关，视角越倾斜，观测面积越大，分辨率就差。
②　灰度分辨率：在卫星云图上，如果两个邻接瞬时视场内目标物的反照率或温度相等，则其色调一样，无法区别它们。但是当这两个瞬时视场目标物的反照率或温度有差异，并达到一定数值时，这两个视场就可以被分辨，这个能分辨的最小温度差或反照率差异称做灰度分辨率。
③　时间分辨率：指卫星对某一观测区域进行一次观测的时间间隔。静止气象卫星对固定区域每隔半小时进行一次观测，具有很高的时间分辨率。
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对天气预报来说，卫星云图分析的主要内容有：
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？
把地表和云区别开来，尤其是将云和雪区别开来；
识别不同种类的云，是中云还是高云？是积雨云还是层状云等？它们有哪些相同之处？有哪些不同的地方？识别不同类型的地表，是陆地还是水体？等等；
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；
从卫星云图估算气象要素，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；
将卫星资料与常规天气资料、雷达等探测资料结合在一起，进行综合分析，为天气预报提供可靠的依据。
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随着卫星探测技术的高速发展，卫星观测通道越来越多，图象种类大大增加，经处理后定量的卫星资料也越来越多，卫星云图的应用前景广阔。卫星携带的成像仪在不同谱段测量的辐射转换成不同色调的图像就得到卫星图像。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。
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可见光云图的特点
～。卫星在可见光谱段选用的波长间隔有：～～。
卫星上的扫描辐射仪接收来自地表和云表面对太阳辐射中可见光波段的反射，经过转换而得到图像。其色调决定于反射可见光辐射能的大小，若反射可见光辐射能大，色调就白（或称为亮），也称为地表或云表面的反照率强，反之就黑(暗)。
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反照率对可见光云图上色调的影响
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。
比较各种云和地面目标物体的反照率，水面的反照率最低，厚的积雨云最大；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；薄卷云与晴天积云、沙地的反照率也很接近，不易区别。而水面，象湖泊、海洋的反照率很小，表现为黑色，陆地反照率比海洋略大，表现为灰色，而潮湿或森林覆盖的地区表现为灰暗的色调。
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可见光云图上主要目标物的色调
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太阳高度角对可见光云图上色调的影响
色调除了与目标物的反照率大小有关，还决定可见光射入到目标物的辐射能大小，也就是与太阳高度角有关。太阳高度角决定了卫星观测地面时的照明条件，太阳高度角越大，光照条件越好，卫星接收到的反射太阳辐射也越大，否则越小。因而目标物的色调还与每天卫星观测的时刻和季节有关，如在北半球冬季中高纬度地区，太阳高度角很低，照明差，图片色调十分灰暗。又如卫星在早晨或傍晚观测，太阳高度角也很低，图片色调也很暗。
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太阳高度角对可见光云图上色调的影响
对于同一图片上的各个点的太阳高度角也不同，若是上午的云图，图片右半侧（东面一侧）的太阳高度角较高，色调明亮，而左半侧，太阳高度角低，色调较暗。反之也可以根据这一特点判断云图的观测时刻，是否是可见光云图。对于静止卫星中午的云图，整个观测区的光照条件较好，物像间的反差明显，图片明亮。同一物体中午时在云图上的亮度就比早晨或傍晚时亮，早晨或傍晚的可见光云图也会表现出半边亮半边暗。
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太阳高度角对可见光云图上色调的影响