現(xiàn)代大氣探測學(xué)-第十三講-大氣遙感探測

1、南京信息工程大學(xué)南京信息工程大學(xué) 夏俊榮夏俊榮2013年年11月月19日日 致 謝 本課程多媒體教材是在蘭州大學(xué)張文煜教授的同類教材基礎(chǔ)之上修改完成，此外還得到了其他諸位老師及同行的幫助，在此謹(jǐn)表示衷心感謝。 第十三講第十三講 大氣遙感探測大氣遙感探測主要內(nèi)容主要內(nèi)容13.1 13.1 概述概述13.2 13.2 地基雷達(dá)大氣遙感探測地基雷達(dá)大氣遙感探測13.3 13.3 衛(wèi)星大氣遙感探測衛(wèi)星大氣遙感探測 氣象儀器就其測量方法而言，可分為兩類：一類屬接觸式儀器，就是說儀器的感應(yīng)元件與被測物質(zhì)直接接觸，以測出被測物質(zhì)的氣象特性。另一類屬遙感式儀器，它是利用接收被測物散射、反射、發(fā)射出來的電磁波，

2、以測出被測物質(zhì)的氣象特性。 主要內(nèi)容主要內(nèi)容13.1 13.1 概述概述13.2 13.2 地基雷達(dá)大氣遙感探測地基雷達(dá)大氣遙感探測13.3 13.3 衛(wèi)星大氣遙感探測衛(wèi)星大氣遙感探測1 1、遙感、遙感 就是不直接接觸測量目標(biāo)物或有關(guān)的大氣物理現(xiàn)象，就是不直接接觸測量目標(biāo)物或有關(guān)的大氣物理現(xiàn)象，通過探測器接收來自被測目標(biāo)物發(fā)出的輻射信息，并對通過探測器接收來自被測目標(biāo)物發(fā)出的輻射信息，并對其處理、分類和識別的一種技術(shù)其處理、分類和識別的一種技術(shù) 2 2、遙感的分類、遙感的分類 遙感按探測器的工作方式可分為主動式大氣遙感遙感按探測器的工作方式可分為主動式大氣遙感 探測和被動式大氣遙感探測兩種探測

3、和被動式大氣遙感探測兩種 3 3、主動式大氣遙感探測、主動式大氣遙感探測 是探測器本身發(fā)射某一波長的電磁輻射，然后再接是探測器本身發(fā)射某一波長的電磁輻射，然后再接收目標(biāo)物反射回來的電磁輻射強度的變化來推測被測物收目標(biāo)物反射回來的電磁輻射強度的變化來推測被測物體的特性和氣象要素的分布體的特性和氣象要素的分布4 4、被動式大氣遙感探測、被動式大氣遙感探測 是在一定電磁波譜段內(nèi)測量被測物體發(fā)射的電磁輻是在一定電磁波譜段內(nèi)測量被測物體發(fā)射的電磁輻射，然后由物理定理推出被測物體的特性和氣象要素的射，然后由物理定理推出被測物體的特性和氣象要素的分布分布 在需要空間和時間很密集的資料時，觀在需要空間和時間很

4、密集的資料時，觀測區(qū)域是常規(guī)觀測儀器所不能達(dá)到的，或者測區(qū)域是常規(guī)觀測儀器所不能達(dá)到的，或者使用常規(guī)觀測儀器獲取又很不經(jīng)濟(jì)，此時，使用常規(guī)觀測儀器獲取又很不經(jīng)濟(jì)，此時，遙感就成為了一種特別有用的探測手段遙感就成為了一種特別有用的探測手段主要內(nèi)容主要內(nèi)容13.1 13.1 概述概述13.2 13.2 地基雷達(dá)大氣遙感探測地基雷達(dá)大氣遙感探測13.3 13.3 衛(wèi)星大氣遙感探測衛(wèi)星大氣遙感探測2、地基雷達(dá)大氣遙感探測 “雷達(dá)雷達(dá)”是是Radio Detection And RangingRadio Detection And Ranging縮寫縮寫RadarRadar的音譯，字面上含義是無線電探測

5、和測距。的音譯，字面上含義是無線電探測和測距。確切的講，就是無線電方法發(fā)現(xiàn)并測定空間目標(biāo)確切的講，就是無線電方法發(fā)現(xiàn)并測定空間目標(biāo)的位置。的位置。 最主要的作用：就是用于警戒強對流災(zāi)害性天氣。最主要的作用：就是用于警戒強對流災(zāi)害性天氣。同時，也可以把它作為研究大氣物理的重要手段同時，也可以把它作為研究大氣物理的重要手段1 1、雷達(dá)、雷達(dá)中國新一代天氣雷達(dá)中國新一代天氣雷達(dá) 常規(guī)天氣雷達(dá)常規(guī)天氣雷達(dá)5050年代開始使用軍事雷達(dá)年代開始使用軍事雷達(dá)5858年引進(jìn)第一部天氣雷達(dá)年引進(jìn)第一部天氣雷達(dá)6060年代末年代末711X711X波段波段 數(shù)字化天氣雷達(dá)數(shù)字化天氣雷達(dá)7070年代自行生產(chǎn)年代自行生

6、產(chǎn)711711、712712、7137138080年代具有數(shù)字處理系統(tǒng)的年代具有數(shù)字處理系統(tǒng)的714S714S波段，引進(jìn)多波段，引進(jìn)多普勒雷達(dá)普勒雷達(dá) 多普勒天氣雷達(dá)多普勒天氣雷達(dá)9090年代已生產(chǎn)出年代已生產(chǎn)出714CD714CD、714SD714SD型脈間相干雷達(dá)型脈間相干雷達(dá)9999年對年對WSR-88DWSR-88D進(jìn)行改造，第一部先進(jìn)的進(jìn)行改造，第一部先進(jìn)的S S波段波段全相干脈沖多普勒雷達(dá)全相干脈沖多普勒雷達(dá)CINRAD/CC 3824CINRAD/CC 3824型型我國雷達(dá)氣象發(fā)展歷史我國雷達(dá)氣象發(fā)展歷史 雷達(dá)定向發(fā)射的電磁波在大氣中近似以光速傳播，當(dāng)雷達(dá)定向發(fā)射的電磁波在大氣中

7、近似以光速傳播，當(dāng)它碰到目標(biāo)物時，就有一部分電磁波能量被散射返回，回它碰到目標(biāo)物時，就有一部分電磁波能量被散射返回，回來的信號（回波）被雷達(dá)接收機接收，并用顯示器（或計來的信號（回波）被雷達(dá)接收機接收，并用顯示器（或計算機系統(tǒng)）顯示出來，從而確定氣象目標(biāo)物的位置和特性。算機系統(tǒng)）顯示出來，從而確定氣象目標(biāo)物的位置和特性。(C=3(C=3* *10108 8m,1sec=10m,1sec=106 6s)s)2 2、天氣雷達(dá)的工作原理、天氣雷達(dá)的工作原理XYZHLR3 3、天氣雷達(dá)的基本組成、天氣雷達(dá)的基本組成 信號通過天線發(fā)射和接收；發(fā)射機和接收機用于發(fā)信號通過天線發(fā)射和接收；發(fā)射機和接收機用于

8、發(fā)射和接收信號；信號處理器對接收到的信號通過射和接收信號；信號處理器對接收到的信號通過A/D轉(zhuǎn)換、轉(zhuǎn)換、視頻積分等處理后得到回波強度、移動速度和譜寬；伺服視頻積分等處理后得到回波強度、移動速度和譜寬；伺服系統(tǒng)主要控制天線、將其數(shù)據(jù)送回信號處理器及監(jiān)控系統(tǒng)；系統(tǒng)主要控制天線、將其數(shù)據(jù)送回信號處理器及監(jiān)控系統(tǒng)；監(jiān)控系統(tǒng)負(fù)責(zé)拳擊的監(jiān)視和控制；數(shù)據(jù)處理和顯示系統(tǒng)負(fù)監(jiān)控系統(tǒng)負(fù)責(zé)拳擊的監(jiān)視和控制；數(shù)據(jù)處理和顯示系統(tǒng)負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的采集、顯示、生成產(chǎn)品、存儲及傳輸。責(zé)數(shù)據(jù)的采集、顯示、生成產(chǎn)品、存儲及傳輸。 雷達(dá)回波強度不僅取決于雷達(dá)回波強度不僅取決于雷達(dá)系統(tǒng)各參數(shù)雷達(dá)系統(tǒng)各參數(shù)的特性，的特性，而且和被觀測的目標(biāo)

9、物（而且和被觀測的目標(biāo)物（云、降水粒子）云、降水粒子）的性質(zhì)有關(guān)，的性質(zhì)有關(guān)，還與雷達(dá)和被測目標(biāo)物之間的還與雷達(dá)和被測目標(biāo)物之間的距離距離以及其間的以及其間的大氣狀大氣狀況況有關(guān)。只有把這些要素分析清楚，才能根據(jù)所測定有關(guān)。只有把這些要素分析清楚，才能根據(jù)所測定的回波強度去推斷云、降水的物理狀況，雷達(dá)氣象方的回波強度去推斷云、降水的物理狀況，雷達(dá)氣象方程就是為此目的而建立的。程就是為此目的而建立的。雷達(dá)氣象方程：集中反映雷達(dá)回波強弱與氣象目標(biāo)物、雷達(dá)氣象方程：集中反映雷達(dá)回波強弱與氣象目標(biāo)物、雷達(dá)的各參數(shù)以及距離等關(guān)系的數(shù)學(xué)表達(dá)式。雷達(dá)氣雷達(dá)的各參數(shù)以及距離等關(guān)系的數(shù)學(xué)表達(dá)式。雷達(dá)氣象方程是雷

10、達(dá)氣象學(xué)的理論基礎(chǔ)。利用雷達(dá)氣象方程，象方程是雷達(dá)氣象學(xué)的理論基礎(chǔ)。利用雷達(dá)氣象方程，可以根據(jù)回波的強度判斷降水區(qū)的物理狀況，并正確可以根據(jù)回波的強度判斷降水區(qū)的物理狀況，并正確地選擇雷達(dá)的參數(shù)地選擇雷達(dá)的參數(shù)4 4、雷達(dá)氣象方程、雷達(dá)氣象方程雷達(dá)機各參數(shù)及其在雷達(dá)探測中的作用雷達(dá)機各參數(shù)及其在雷達(dá)探測中的作用氣象因子的作用氣象因子的作用距離因子的影響距離因子的影響瑞利散射瑞利散射 18711871年年RayleighRayleigh推出散射公式，粒子直徑和推出散射公式，粒子直徑和入射波長入射波長 d d 的小球形粒子散射。的小球形粒子散射。 一般云滴、小雨滴對厘米波長的雷達(dá)波的散一般云滴、小

11、雨滴對厘米波長的雷達(dá)波的散射可看作瑞利散射射可看作瑞利散射米散射米散射 19081908年年G.MieG.Mie 推出均勻介質(zhì)圓粒子對平行波推出均勻介質(zhì)圓粒子對平行波散射的函數(shù)表達(dá)式。粒子直徑和入射波長散射的函數(shù)表達(dá)式。粒子直徑和入射波長 d d 的大球形粒子散射。的大球形粒子散射。5. 瑞利散射和米散射6 6、散射是雷達(dá)探測大氣的基礎(chǔ)。、散射是雷達(dá)探測大氣的基礎(chǔ)。雷達(dá)截面：雷達(dá)截面的大小反映了粒子所造成的后向散射的雷達(dá)截面：雷達(dá)截面的大小反映了粒子所造成的后向散射的大小。大小。雷達(dá)反射率：單位體積內(nèi)全部降水粒子的雷達(dá)截面之和，以雷達(dá)反射率：單位體積內(nèi)全部降水粒子的雷達(dá)截面之和，以表示表示雷達(dá)

12、反射率因子：單位體積中粒子的數(shù)密度與直徑雷達(dá)反射率因子：單位體積中粒子的數(shù)密度與直徑6 6次方乘積次方乘積的總和，用的總和，用Z Z表示。表示。反射率因子反射率因子Z Z值的大小，反映了氣象目標(biāo)內(nèi)部粒子的尺度和數(shù)值的大小，反映了氣象目標(biāo)內(nèi)部粒子的尺度和數(shù)密度，常用來表示氣象目標(biāo)的強度。由于反射率因子密度，常用來表示氣象目標(biāo)的強度。由于反射率因子Z Z只取決只取決于氣象目標(biāo)本身而與雷達(dá)參數(shù)和距離無關(guān)，所以不同參數(shù)的于氣象目標(biāo)本身而與雷達(dá)參數(shù)和距離無關(guān)，所以不同參數(shù)的雷達(dá)所測得的雷達(dá)所測得的Z Z值可以相互比較。值可以相互比較。 等效反射率因子等效反射率因子ZeZe：能夠產(chǎn)生同樣回波功率，與小球粒

13、子的：能夠產(chǎn)生同樣回波功率，與小球粒子的 等效的等效的Z Z的數(shù)值。引進(jìn)的數(shù)值。引進(jìn)ZeZe值后即使在米散射情況下只要以值后即使在米散射情況下只要以ZeZe值代替值代替Z Z值，雷達(dá)氣象方程仍可保持瑞利散射時的簡單形式值，雷達(dá)氣象方程仍可保持瑞利散射時的簡單形式7、衰減 衰減：就是吸收和散射兩種作用的總和，衰減：就是吸收和散射兩種作用的總和，由于衰減，使回波圖像、定量測量情況與實際由于衰減，使回波圖像、定量測量情況與實際情況之間出現(xiàn)偏差，造成回波的失真。了解衰情況之間出現(xiàn)偏差，造成回波的失真。了解衰減對雷達(dá)探測的影響，對于正確使用回波資料減對雷達(dá)探測的影響，對于正確使用回波資料是十分重要的。衰

14、減物：大氣、云、降水粒子是十分重要的。衰減物：大氣、云、降水粒子氣體氣體：考慮吸收作用，忽略散射作用：考慮吸收作用，忽略散射作用氣體吸收氣體吸收：310cm310cm波長可忽略。波長可忽略。 （1 1）對）對2cm2cm以上的雷達(dá)波其吸收所以上的雷達(dá)波其吸收所造成的衰減，一般可忽略。造成的衰減，一般可忽略。 （2 2）對波長在）對波長在1cm1cm附近或探測距離附近或探測距離較遠(yuǎn)時，吸收所造成的衰減必須考慮。較遠(yuǎn)時，吸收所造成的衰減必須考慮。 （3 3）衰減除與雷達(dá)波長有關(guān)外，）衰減除與雷達(dá)波長有關(guān)外，還與濕度、溫度、氣壓等有關(guān)。還與濕度、溫度、氣壓等有關(guān)。 （4 4）吸收雷達(dá)波的大氣氣體主要

15、）吸收雷達(dá)波的大氣氣體主要是是和和。吸收帶：吸收帶：水汽：水汽：1.351.350.18cm0.18cm 0.2cm 0.2cm處處 水汽吸收與絕對濕度成正比，近似水汽吸收與絕對濕度成正比，近似與水汽密度成正比；與水汽密度成正比； 除除1.35cm1.35cm波長附近，波長附近，與氣壓成正比；水汽含量不變，與溫度與氣壓成正比；水汽含量不變，與溫度成反比。成反比。 氧氣：氧氣：0.5cm0.5cm處氧氣吸收與溫處氧氣吸收與溫度成反比；度成反比； 波長在波長在0.710cm0.710cm時，與氣壓時，與氣壓的平方成正比。的平方成正比。大氣氣體對雷達(dá)波的衰減云的衰減（1 1）液態(tài)云：衰減與波長、溫度

16、成反比。）液態(tài)云：衰減與波長、溫度成反比。（2 2）液態(tài)云：）液態(tài)云：10cm10cm雷達(dá)波云的衰減可以忽略；雷達(dá)波云的衰減可以忽略； 5cm5cm雷達(dá)波云的衰減一般可以忽略；雷達(dá)波云的衰減一般可以忽略； 3cm3cm雷達(dá)波穿過較長距離的云層時，雷達(dá)波穿過較長距離的云層時， 云的衰減不可以忽略。云的衰減不可以忽略。（3 3）冰云：由于冰的介電常數(shù)小，冰云的衰減要）冰云：由于冰的介電常數(shù)小，冰云的衰減要比液態(tài)云的衰減小比液態(tài)云的衰減小2323個量級，因此冰云的衰減個量級，因此冰云的衰減可以忽略?？梢院雎浴Ｓ甑乃p考慮雨的衰減考慮l10cm雷達(dá)除特大暴雨外，一般雨滴可以忽略l5cm雷達(dá)對中、小雨滴

17、可以忽略l3cm雷達(dá)對雨滴不能忽略8 8、脈沖多普勒雷達(dá)測量的基本參數(shù)、脈沖多普勒雷達(dá)測量的基本參數(shù) 多普勒雷達(dá)的探測出可以得到雷達(dá)反射率因子外，還可以以多普勒效應(yīng)為基礎(chǔ)，通過接收和發(fā)射信號之間的相位或頻率差異，測定有效照射體內(nèi)散射粒子相對于雷達(dá)的平均速度、速度譜以及速度譜寬等物理量9 9、研究回波強度分布和回波徑向速度場特征的意義、研究回波強度分布和回波徑向速度場特征的意義 l前者可以了解回波強弱和性質(zhì)，從而可以知道屬于什么類型和性質(zhì)的回波l后者除進(jìn)一步證實上述回波的強弱和性質(zhì)外，還可以了解大氣流場、氣流垂直速度分布等l兩者結(jié)合，加上有時間序列的連續(xù)探測資料，就可以了解回波演變和移動規(guī)律 1

18、010、回波分類、回波分類 （1 1）氣象回波：分為降水回波和非降水回波。）氣象回波：分為降水回波和非降水回波。 成因：大氣中云、降水中的各種水汽凝結(jié)物對電磁波的后向成因：大氣中云、降水中的各種水汽凝結(jié)物對電磁波的后向散射和大氣中溫、壓、濕等氣象要素劇烈變化而引起的。散射和大氣中溫、壓、濕等氣象要素劇烈變化而引起的。 降水回波：層狀云連續(xù)性降水回波、對流云降水回波、積層降水回波：層狀云連續(xù)性降水回波、對流云降水回波、積層混和云降水回波、雪的回波，凍雨、沙暴中降水、第二次掃描回混和云降水回波、雪的回波，凍雨、沙暴中降水、第二次掃描回波等其他類型降水回波。波等其他類型降水回波。 非降水回波：云的回

19、波、霧的回波、閃電信號及其回波、晴非降水回波：云的回波、霧的回波、閃電信號及其回波、晴空大氣回波（點狀或圓點狀、窄帶狀、細(xì)胞狀、層狀、大氣波動空大氣回波（點狀或圓點狀、窄帶狀、細(xì)胞狀、層狀、大氣波動和湍流、環(huán)狀、海風(fēng)）。和湍流、環(huán)狀、海風(fēng)）。（2 2）非氣象回波：）非氣象回波： 成因：地物、飛機等非氣象目標(biāo)物對電磁波的反射以及由于成因：地物、飛機等非氣象目標(biāo)物對電磁波的反射以及由于雷達(dá)的性能而引起的虛假回波。雷達(dá)的性能而引起的虛假回波。 包括：地物回波、超折射回波、同波長干擾回波、飛機船只包括：地物回波、超折射回波、同波長干擾回波、飛機船只等的回波、海浪回波、由天線輻射特性造成的虛假回波。等的

20、回波、海浪回波、由天線輻射特性造成的虛假回波。 多普勒徑向速度場分析技術(shù)多普勒徑向速度場分析技術(shù) l 對其基本特征的研究，可按零徑向速度線；朝向?qū)ζ浠咎卣鞯难芯?，可按零徑向速度線；朝向雷達(dá)雷達(dá)分量（負(fù)）、離開雷達(dá)分量（正）范圍、分雷達(dá)雷達(dá)分量（負(fù)）、離開雷達(dá)分量（正）范圍、分布及中心；強多普勒徑向速度梯度帶；三個方面進(jìn)布及中心；強多普勒徑向速度梯度帶；三個方面進(jìn)行分析。行分析。 l 在在PPIPPI上，當(dāng)距離變遠(yuǎn)，即距離增加實際風(fēng)向始終和零上，當(dāng)距離變遠(yuǎn)，即距離增加實際風(fēng)向始終和零徑向速度線正交。即任意高度上零徑向速度廓線方位徑向速度線正交。即任意高度上零徑向速度廓線方位轉(zhuǎn)過轉(zhuǎn)過9090，就

21、是該高度上的實際風(fēng)向。，就是該高度上的實際風(fēng)向。 天氣雷達(dá)天氣雷達(dá)應(yīng)用得最多應(yīng)用得最多的的是平面位置顯示器。平面位是平面位置顯示器。平面位置顯示器，簡稱平顯，也叫置顯示器，簡稱平顯，也叫PPI (PPI (英文英文plan position plan position indicator indicator 的縮寫的縮寫) )。用。用“亮亮度調(diào)制度調(diào)制”顯示。顯示。 如右圖所示，當(dāng)天線仰如右圖所示，當(dāng)天線仰角為角為，天線圍繞鉛直軸轉(zhuǎn)，天線圍繞鉛直軸轉(zhuǎn)動時，平面位置顯水器表示動時，平面位置顯水器表示的是波束掃描平面上的降水的是波束掃描平面上的降水分析。分析。平面位置顯示平面位置顯示(PPI)(P

22、PI) 為了了解云、雨的形成和為了了解云、雨的形成和垂宣結(jié)構(gòu)情況，在天氣雷達(dá)上垂宣結(jié)構(gòu)情況，在天氣雷達(dá)上還有一種常用的顯示器還有一種常用的顯示器距距離高度顯示器。距離高度顯示離高度顯示器。距離高度顯示器簡稱高顯或器簡稱高顯或RHIRHI(rang (rang height indicator)height indicator)。在高顯。在高顯中，橫坐標(biāo)表示云、雨目標(biāo)的中，橫坐標(biāo)表示云、雨目標(biāo)的斜距，縱坐標(biāo)是云雨目標(biāo)的高斜距，縱坐標(biāo)是云雨目標(biāo)的高度。云雨目標(biāo)仍用度。云雨目標(biāo)仍用“亮度調(diào)制亮度調(diào)制”顯示。云和降水區(qū)和平面位置顯示。云和降水區(qū)和平面位置顯示器上一樣為一片亮班。顯示器上一樣為一片亮班。

23、距離高度顯示器距離高度顯示器(RHI)(RHI)反射率剖面圖,典型強對流冰雹天氣,回波高度達(dá)12.0Km, 強度達(dá)60dBz 距離仰角顯示器同樣是顯示云距離仰角顯示器同樣是顯示云和降水的垂直結(jié)構(gòu)的顯示器。由于和降水的垂直結(jié)構(gòu)的顯示器。由于距離高度顯示器只能在低仰角下位距離高度顯示器只能在低仰角下位用，如用，如711711雷達(dá)和雷達(dá)和7l 37l 3常達(dá)在作距常達(dá)在作距離仰角顯示時，天線的最大仰角只離仰角顯示時，天線的最大仰角只分別為分別為3232和和2929，這樣的仰角看，這樣的仰角看不到近距離天頂附近的云雨情況，不到近距離天頂附近的云雨情況，為了了解近距離天頂附近的云雨發(fā)為了了解近距離天頂附

24、近的云雨發(fā)展情況和結(jié)構(gòu)，某些天氣雷達(dá)展情況和結(jié)構(gòu)，某些天氣雷達(dá)( (如如圖產(chǎn)圖產(chǎn)713713雷達(dá)雷達(dá)) )可以作可以作“距離仰角顯距離仰角顯示示”，這種顯示器簡稱為，這種顯示器簡稱為REI(rang REI(rang elevation indicator)elevation indicator) 橫坐標(biāo)為距離，縱坐橫坐標(biāo)為距離，縱坐標(biāo)為高度，垂直坐標(biāo)尺度標(biāo)為高度，垂直坐標(biāo)尺度和水平坐標(biāo)尺度一樣，因和水平坐標(biāo)尺度一樣，因此它沒有距離高度顯示器此它沒有距離高度顯示器那樣出于兩個坐標(biāo)尺度不那樣出于兩個坐標(biāo)尺度不一樣而引起的失真。一樣而引起的失真。距離仰角顯示器距離仰角顯示器(REl)(REl) 平

25、面位置顯示器只是在仰角為時得到降水目標(biāo)的平面平面位置顯示器只是在仰角為時得到降水目標(biāo)的平面分布，仰角大于時得到的是一個遠(yuǎn)處高近處低的漏斗面上分布，仰角大于時得到的是一個遠(yuǎn)處高近處低的漏斗面上的云雨分布。為了了解不同高度上的云和降水分布，了解降的云雨分布。為了了解不同高度上的云和降水分布，了解降水發(fā)生發(fā)展的三度空間情況，國外設(shè)計使用了所謂水發(fā)生發(fā)展的三度空間情況，國外設(shè)計使用了所謂“等高平等高平面位置顯示器面位置顯示器”，簡稱，簡稱CAPPI(constant altitude PPl)CAPPI(constant altitude PPl)。等。等向顯示器能夠顯示不同高度平面上的云雨分布向顯示

26、器能夠顯示不同高度平面上的云雨分布等高平面位量顯示器等高平面位量顯示器(CAPPl)(CAPPl)基本速度圖基本速度圖, ,由風(fēng)場看出上下層均為一致由風(fēng)場看出上下層均為一致東南風(fēng)東南風(fēng), ,水汽充沛水汽充沛, ,降水維持降水維持 風(fēng)廓線圖風(fēng)廓線圖, , 強勁的東南偏南風(fēng)強勁的東南偏南風(fēng), ,輸送足夠輸送足夠的水汽的水汽, ,有利于降水天氣產(chǎn)生及維持有利于降水天氣產(chǎn)生及維持 速度方位顯示，入流大于速度方位顯示，入流大于出流，說明低層有輻合出流，說明低層有輻合 垂直液態(tài)含水量（垂直液態(tài)含水量（VILVIL），垂直液態(tài)含水量最大），垂直液態(tài)含水量最大達(dá)到達(dá)到44kg/m44kg/m2 2。水汽充沛，

27、有利于產(chǎn)生冰雹。水汽充沛，有利于產(chǎn)生冰雹 ?；夭敻?、回波顯示高度達(dá)回波頂高、回波顯示高度達(dá)11.6Km,11.6Km,說明對流發(fā)展旺盛。說明對流發(fā)展旺盛。回波頂高是一個監(jiān)測對流性天氣產(chǎn)生強降水的重要指標(biāo)回波頂高是一個監(jiān)測對流性天氣產(chǎn)生強降水的重要指標(biāo)主要內(nèi)容主要內(nèi)容13.1 13.1 概述概述13.2 13.2 地基雷達(dá)大氣遙感探地基雷達(dá)大氣遙感探測測13.3 13.3 衛(wèi)星大氣遙感探測衛(wèi)星大氣遙感探測A-Train計劃的示意圖計劃的示意圖（from ） CALIPSO衛(wèi)星搭載的衛(wèi)星搭載的CALIOP激光雷達(dá)掃描軌道激光雷達(dá)掃描軌道Typical

28、 results of CALIPSO,USATERRA MODIS2008年年5月月27日日 03:40（UT）北京北京風(fēng)云二號衛(wèi)星 靜止風(fēng)云一號衛(wèi)星 極軌2011年年5月月25日日9時臺風(fēng)時臺風(fēng)“桑達(dá)桑達(dá)”靜止衛(wèi)星風(fēng)云靜止衛(wèi)星風(fēng)云2號號E星云圖星云圖13.2 13.2 衛(wèi)星衛(wèi)星大氣遙感探測大氣遙感探測 被動式大氣遙感探測被動式大氣遙感探測是利用大氣或是利用大氣或地面對太陽光的吸收、反射及自身發(fā)射地面對太陽光的吸收、反射及自身發(fā)射的能量進(jìn)行大氣遙感的一種方法，該方的能量進(jìn)行大氣遙感的一種方法，該方法不需要人工輻射源，而是利用自然界法不需要人工輻射源，而是利用自然界中已有的各種輻射能量，被動地

29、接收自中已有的各種輻射能量，被動地接收自然界本身的信息。根據(jù)遙感接收機所接然界本身的信息。根據(jù)遙感接收機所接收的電磁波的波長不同，被動式大氣遙收的電磁波的波長不同，被動式大氣遙感探測一般可分為可見光探測、紅外輻感探測一般可分為可見光探測、紅外輻射探測和微波探測等。射探測和微波探測等。13.2 13.2 衛(wèi)星衛(wèi)星大氣遙感探測大氣遙感探測 由于科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，當(dāng)前衛(wèi)星由于科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，當(dāng)前衛(wèi)星已經(jīng)能夠為其搭載的傳感器提供足夠已經(jīng)能夠為其搭載的傳感器提供足夠的能量，這就為主動式遙感探測的實的能量，這就為主動式遙感探測的實現(xiàn)打下了基礎(chǔ)。衛(wèi)星遙感已經(jīng)由單一現(xiàn)打下了基礎(chǔ)。衛(wèi)星遙感已經(jīng)由單一的被動式遙感發(fā)

30、展到主被動遙感兼?zhèn)涞谋粍邮竭b感發(fā)展到主被動遙感兼?zhèn)涞臅r代。最近的時代。最近10年來，已經(jīng)發(fā)射多個年來，已經(jīng)發(fā)射多個搭載主動式遙感設(shè)備的衛(wèi)星搭載主動式遙感設(shè)備的衛(wèi)星1 1、可見光探測、可見光探測 可見光譜段可見光譜段是一個很狹窄的波長是一個很狹窄的波長間隔，波長在間隔，波長在0.350.350.80.8微米之間，微米之間，這一譜段的最大特點是它對人眼的視這一譜段的最大特點是它對人眼的視網(wǎng)膜施以一種特殊的刺激引起視覺，網(wǎng)膜施以一種特殊的刺激引起視覺，因而人眼可以感覺它，可見光通過梭因而人眼可以感覺它，可見光通過梭鏡可以分解為鏡可以分解為紫、藍(lán)、綠、黃、橙、紫、藍(lán)、綠、黃、橙、紅紅等顏色等顏色 可見

31、光探測主要測量地面（包括可見光探測主要測量地面（包括云面）對太陽輻射反射的可見光輻射，云面）對太陽輻射反射的可見光輻射，物體對太陽輻射的反射輻射可以從物體對太陽輻射的反射輻射可以從0.30.3微米的紫外光譜區(qū)延伸至波長微米的紫外光譜區(qū)延伸至波長2.52.5微米的近紅外光譜區(qū)。從微米的近紅外光譜區(qū)。從0.750.75微米到微米到2.52.5微米的近紅外光譜區(qū)稱為反射紅微米的近紅外光譜區(qū)稱為反射紅外輻射區(qū)外輻射區(qū)1 1、可見光探測、可見光探測1 1、可見光探測、可見光探測 可見光探測主要應(yīng)用于衛(wèi)星遙感。衛(wèi)星探可見光探測主要應(yīng)用于衛(wèi)星遙感。衛(wèi)星探測器屬于被動式遙感探測儀器測器屬于被動式遙感探測儀器(

32、 (實際上現(xiàn)在已經(jīng)實際上現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)展了主動式可見光衛(wèi)星傳感器，如發(fā)展了主動式可見光衛(wèi)星傳感器，如CALIOPCALIOP（星（星載激光雷達(dá)）載激光雷達(dá)）) )，其在可見光譜段測量目標(biāo)物對，其在可見光譜段測量目標(biāo)物對太陽光的反射輻射。若把衛(wèi)星測得的這種輻射轉(zhuǎn)太陽光的反射輻射。若把衛(wèi)星測得的這種輻射轉(zhuǎn)換成圖象便得到可見光云圖換成圖象便得到可見光云圖 在一定太陽高度角下，可見光云圖上物象在一定太陽高度角下，可見光云圖上物象的色調(diào)主要決定于目標(biāo)物的反照率。一般說來，的色調(diào)主要決定于目標(biāo)物的反照率。一般說來，目標(biāo)物的反照率愈大，其色調(diào)愈白目標(biāo)物的反照率愈大，其色調(diào)愈白。從可見光云。從可見光云圖可以觀測到

33、云系的各種分布，地表特征（高山、圖可以觀測到云系的各種分布，地表特征（高山、平原、沙漠、河流、積雪等），海流、海冰等平原、沙漠、河流、積雪等），海流、海冰等 2 2、紅外輻射探測、紅外輻射探測 紅外輻射光譜段從紅外輻射光譜段從0.80.8微米到微米到10001000微米。微米。紅外輻射也稱熱輻射。紅外輻射是人眼看不見紅外輻射也稱熱輻射。紅外輻射是人眼看不見的光線，但是利用儀器可以測量它。的光線，但是利用儀器可以測量它。 紅外輻射探測一般可分為兩種情況，一紅外輻射探測一般可分為兩種情況，一是接收來自地球表面或者是大氣發(fā)射的紅外輻是接收來自地球表面或者是大氣發(fā)射的紅外輻射；另一種是接收太陽的紅外輻

34、射，該波段位射；另一種是接收太陽的紅外輻射，該波段位于大氣中某種大氣成份的吸收帶上，用于遙感于大氣中某種大氣成份的吸收帶上，用于遙感大氣中該成份的濃度或含量。大氣中該成份的濃度或含量。2 2、紅外輻射探測、紅外輻射探測 衛(wèi)星上的紅外輻射探測器測量的是地球衛(wèi)星上的紅外輻射探測器測量的是地球 大氣系統(tǒng)發(fā)出的紅外輻射，若把衛(wèi)星測得大氣系統(tǒng)發(fā)出的紅外輻射，若把衛(wèi)星測得的這種輻射轉(zhuǎn)換成圖象便得到紅外云圖。的這種輻射轉(zhuǎn)換成圖象便得到紅外云圖。在紅外在紅外云圖上，色調(diào)愈黑處表示目標(biāo)物發(fā)射的輻射愈強，云圖上，色調(diào)愈黑處表示目標(biāo)物發(fā)射的輻射愈強，色調(diào)愈淺表示目標(biāo)物發(fā)射的輻射愈弱。色調(diào)愈淺表示目標(biāo)物發(fā)射的輻射愈弱。由于紅外由于紅外輻射取決于溫度，溫度愈高輻射愈強，溫度愈低輻射取決于溫度，溫度愈高輻射愈強，溫度愈低輻射愈弱，所以紅外云圖也可看成為一張溫度分輻射愈弱，所以紅外云圖也可看成為一張溫度分布圖。這樣一來，就可以根據(jù)紅外云圖上色調(diào)的布圖。這樣一來，就可以根據(jù)紅外云圖上色調(diào)的深淺判斷溫度的高低。深淺判斷溫度的高低。色調(diào)愈白，溫度愈低；色色調(diào)愈白，溫度愈低；色調(diào)愈黑，溫度愈高。調(diào)愈黑，溫度愈高。由于大氣溫度隨高度是遞減由于大氣溫度隨高度是遞減的，低云和地表的溫度較高，中云次之，卷云最的，低云和地表的溫度較高，中云次之，卷云最低。所以由紅外云圖可以判別云頂高度和云的種低。