航空氣象第7章-衛(wèi)星云圖-PPT課件

1、航空氣象學(xué)張同榮第七章 衛(wèi)星云圖1氣象衛(wèi)星2衛(wèi)星云圖3衛(wèi)星云圖上云的識別氣象衛(wèi)星：攜帶各種觀測儀器，從空間對地球進(jìn)行氣象觀測的人造地球衛(wèi)星。提供包括全球范圍的氣象資料，可連續(xù)監(jiān)視大范圍的天氣變化；觀測一些難以觀測的資料，如云頂高度、海面溫度、高空風(fēng)場、臭氧分布等。1氣象衛(wèi)星衛(wèi)星所載各種氣象遙感器，接收和測量地球及其大氣層的可見光、紅外和微波輻射，并將其轉(zhuǎn)換成電信號傳送給地面站。地面站將衛(wèi)星傳來的電信號復(fù)原，繪制成各種云層、地表和海面圖片，再經(jīng)進(jìn)一步處理和計算，得出各種氣象資料。工作方式1氣象衛(wèi)星觀測范圍廣觀測次數(shù)多觀測時效快觀測數(shù)據(jù)質(zhì)量高不受自然條件和地域條件限制特點1氣象衛(wèi)星1960年4月1

2、日，美國首先發(fā)射了第一顆人造試驗氣象衛(wèi)星 “泰羅斯”1號。1氣象衛(wèi)星氣象衛(wèi)星極軌氣象衛(wèi)星（太陽軌道）地球同步氣象衛(wèi)星氣象衛(wèi)星分類1氣象衛(wèi)星極軌氣象衛(wèi)星：由于衛(wèi)星是逆地球自轉(zhuǎn)方向與太陽同步，稱太陽同步軌道氣象衛(wèi)星。地球同步氣象衛(wèi)星：與地球保持同步運行，相對地球是不動的，稱作靜止軌道氣象衛(wèi)星，又稱地球同步軌道氣象衛(wèi)星。1氣象衛(wèi)星極軌氣象衛(wèi)星：飛行高度約為6001500千米，衛(wèi)星的軌道平面和太陽始終保持相對固定的交角，這樣的衛(wèi)星每天在固定時間內(nèi)經(jīng)過同一地區(qū)2次，因而每隔12小時就可獲得一份全球的氣象資料。1氣象衛(wèi)星同步氣象衛(wèi)星：運行高度約35800千米，其軌道平面與地球的赤道平面相重合。從地球上看，

3、衛(wèi)星靜止在赤道某個經(jīng)度的上空。一顆同步衛(wèi)星的觀測范圍為100個經(jīng)度跨距，從南緯50到北緯50，100個緯度跨距，經(jīng)度100 因而5顆這樣的衛(wèi)星就可形成覆蓋全球中、低緯度地區(qū)的觀測網(wǎng)。1氣象衛(wèi)星目前在軌的氣象衛(wèi)星1氣象衛(wèi)星美國從1960年至1965年間，共發(fā)射了10顆“泰羅斯”氣象衛(wèi)星，其中只有最后兩顆才是太陽同步軌道衛(wèi)星。1966年2月3日，美國研制并發(fā)射了第一顆實用氣象衛(wèi)星“艾薩”1號，它是美國第二代太陽同步軌道氣象衛(wèi)星，軌道高度約1400千米。1氣象衛(wèi)星中國1988年9月7日發(fā)射了第一顆氣象衛(wèi)星“風(fēng)云一號”太陽同步軌道氣象衛(wèi)星。但由于星上元器件發(fā)生故障，它只工作了39天。后成功發(fā)射了五顆極

4、軌氣象衛(wèi)星（風(fēng)云一、三號）和三顆靜止氣象衛(wèi)星（風(fēng)云二號） 1氣象衛(wèi)星目前，我國的極軌氣象衛(wèi)星和靜止氣象衛(wèi)星已經(jīng)進(jìn)入業(yè)務(wù)化，在軌運行的衛(wèi)星分別是風(fēng)云一號D星（2002年發(fā)射）、風(fēng)云二號E星（2004年發(fā)射）、風(fēng)云三號（2008年發(fā)射）。我國是世界上少數(shù)幾個同時擁有極軌和靜止氣象衛(wèi)星的國家之一。1氣象衛(wèi)星飛云一號極軌氣象衛(wèi)星1氣象衛(wèi)星飛云三號極軌氣象衛(wèi)星1氣象衛(wèi)星衛(wèi)星云圖的拍攝。 云頂溫度、云頂狀況、云量和云內(nèi)凝結(jié)物相位的觀測。 陸地表面狀況的觀測，如冰雪和風(fēng)沙，以及海洋表面狀況的觀測，如海洋表面溫度、海冰和洋流等。 大氣中水汽總量、濕度分布、降水區(qū)和降水量的分布。 氣象衛(wèi)星主要觀測內(nèi)容1氣象衛(wèi)星

5、大氣中臭氧的含量及其分布。 太陽的入射輻射、地氣體系對太陽輻射的總反射率以及地氣體系向太空的紅外輻射。 空間環(huán)境狀況的監(jiān)測，如太陽發(fā)射的質(zhì)子、粒子和電子的通量密度。氣象衛(wèi)星主要觀測內(nèi)容1氣象衛(wèi)星可見光衛(wèi)星云圖紅外線衛(wèi)星云圖色調(diào)強化衛(wèi)星云圖水汽圖2衛(wèi)星云圖借助于地球上物體對太陽光的反射程度而拍攝的可見光云圖，只限于白天工作?？梢姽庑l(wèi)星云圖可顯示云層覆蓋的面和厚度，較厚的云層反射能力強，顯示出亮白色，云層較薄顯示暗灰色。可見光衛(wèi)星云圖2衛(wèi)星云圖在一定的太陽高度角下，物體的反照率越大，它的色調(diào)越白；反照率越小，色調(diào)越暗?？梢姽庠茍D特點2衛(wèi)星云圖1、云與地面雪蓋的區(qū)分，運用VIS云圖動畫，由云動而雪蓋

6、不動特征來分辨。2、小對流云塊問題，當(dāng)衛(wèi)星視場中充滿小而碎的積云（Cu）時，輻射一般來自云和地表的反射和散射。若云塊比衛(wèi)星輻射計分辨率小，圖像將被平滑。VIS圖像中分析中需特別注意：2衛(wèi)星云圖3、薄云問題，薄云雖然反照率低，但它能讓比它更低的云或地表的光散射到衛(wèi)星上，造成圖像為來自不同高度層光線的混合圖像，從而在高反照率的地表或沙漠之上的薄云看起來非常厚而亮，造成錯覺。VIS圖像中分析中需特別注意：2衛(wèi)星云圖利用衛(wèi)星上紅外線儀器，測量云層溫度?？梢匀旌蚬ぷ?。溫度低的云層以亮白色來顯示，即此處云層較高暗灰色代表云層高度較低，因為越接近地面的云層溫度越高即以云頂?shù)牟煌瑴囟葋砼袛嘣茖拥母叨取?紅外

7、線衛(wèi)星云圖2衛(wèi)星云圖中高緯度地區(qū)：冬季:暗 海面 陸面 亮（海溫陸溫）夏季:亮 海面 陸面 暗 (陸溫海溫)若陸溫=或相近水溫水陸界線不清楚。紅外云圖上水面與陸地色調(diào)的變化2衛(wèi)星云圖在白天的陸地上：干燥地表的溫度變化較大，色調(diào)變化也大；潮濕或有植被覆蓋的地區(qū)溫度變化小，色調(diào)變化也較小。2衛(wèi)星云圖由于云頂溫度隨高度遞減，在IR圖像中不同高度云的層次分明，并且透明的卷云清晰可見，這些都優(yōu)于VIS云圖。另外，陸表和海表溫差強烈處，海岸線清晰可見，但是云的紋理結(jié)構(gòu)VIS圖像中更清晰。在IR圖像解釋中也存在一些問題。如夜間在IR圖像上很難辨別出低云和霧（它們的溫度與地表溫度太相近）。使用紅外云圖的注意點

8、2衛(wèi)星云圖可見光云圖與紅外云圖的比較2衛(wèi)星云圖2衛(wèi)星云圖圖給出了同時刻的可見光與紅外云圖，圖中可見光云圖的西北側(cè)E處色調(diào)很暗，這是因在該處太陽高度角太低，光照不足之故；相應(yīng)在紅外云圖上E處，由于該時已是深秋時刻，地表的溫度較低，顯現(xiàn)較淺的色調(diào)。IR圖中A-B為白色卷云帶，之下為中低云區(qū)，之南M處為較厚的中低云區(qū)。在IR上，越往南，溫度越高，色調(diào)越暗；而在VIS上，越往東南，太陽高度角越大，云色調(diào)越白。2衛(wèi)星云圖2008年7月22日7時46分可見光云圖2衛(wèi)星云圖2008年7月21日12時46分可見光云圖2衛(wèi)星云圖2008年7月22日19時16分可見光云圖2衛(wèi)星云圖2衛(wèi)星云圖色調(diào)強化衛(wèi)星云圖屬于紅

9、外線衛(wèi)星云圖的一種，其為針對對流云所設(shè)計，主要目的為突顯對流現(xiàn)象。對流越強，云頂發(fā)展越高，云頂溫度越冷。色調(diào)強化衛(wèi)星云圖2衛(wèi)星云圖衛(wèi)星接收的是水汽發(fā)出的輻射，水汽一面吸收來自下面的輻射，同時又以自身溫度發(fā)射紅外輻射。如果大氣中水汽含量愈多，吸收來自下面的紅外輻射愈多，到達(dá)衛(wèi)星的輻射就愈少。在水汽圖上，色調(diào)愈白表示大氣中水汽含量愈多，反之就愈少。水汽圖2衛(wèi)星云圖201009191000水汽圓盤圖1、在水汽圖上，積雨云和卷云的表現(xiàn)十分清楚，其特征與紅外云圖類同；2、難以在水汽圖上見到地表和低云，其發(fā)射的輻射被大氣全部吸收而不能到達(dá)衛(wèi)星；比較水汽圖和紅外云圖2衛(wèi)星云圖3、 在水汽圖上的水汽表現(xiàn)遠(yuǎn)比紅

10、外圖上的云區(qū)要寬廣，因為在沒有云的地方仍然有水汽存在；因此在水汽圖上水汽區(qū)比云區(qū)要連續(xù)完整；4、在水汽圖上色調(diào)淺白的地區(qū)是對流層上部的濕區(qū)，一般與上升運動相聯(lián)系；色調(diào)為黑區(qū)是大汽中的干區(qū)，相應(yīng)大氣中的下沉運動。 2衛(wèi)星云圖六個判據(jù)：結(jié)構(gòu)型式、范圍大小、邊界形狀、色調(diào)、暗影和紋理。 3衛(wèi)星云圖上云的識別衛(wèi)星云圖上云的結(jié)構(gòu)型式有帶狀、渦旋狀、團(tuán)狀（塊）、細(xì)胞狀和波狀等。 冬季洋面的開口細(xì)胞狀云系，是由積云或濃積云組成，它是冷空氣到達(dá)洋面受海面加熱變性而形成的；大尺度的帶狀云系主要是由高層云和高積云組成的；團(tuán)狀云塊一般是積雨云等。 結(jié)構(gòu)形式 3衛(wèi)星云圖上云的識別如與氣旋、鋒面相連的高層高積云和卷云的

11、分布范圍很廣，可達(dá)上千公里；而與中小尺度天氣系統(tǒng)相聯(lián)的積云、濃積云和積雨云的范圍很小。如在山脈背風(fēng)坡一側(cè)出現(xiàn)的排列相互平行的細(xì)云線，就能知道這是山脈背風(fēng)坡一側(cè)重力波形成的。范圍大小 3衛(wèi)星云圖上云的識別各種云的邊界形狀有直線的、圓形的、扇形的，有呈氣旋性彎曲的、也有呈反氣旋性彎曲的，有的云（如層云和霧）的邊界十分整齊光滑，有的云（積云和濃積云）的邊界則很不整齊。如急流云系的左界整齊光滑，冷鋒云帶呈氣旋性彎曲等。 邊界形狀 3衛(wèi)星云圖上云的識別也稱亮度或灰度，指衛(wèi)星云圖上物象的明暗程度。云的厚度越厚，反照率越大，色調(diào)越白，大而厚的積雨云的色調(diào)最白，因此由云的色調(diào)可以推算云的厚度。在紅外云圖上，

12、物象的色調(diào)決定于其本身的溫度，溫度越高色調(diào)越黑。在水汽圖上，根據(jù)色調(diào)可以識別水汽分布。色調(diào)3衛(wèi)星云圖上云的識別暗影是在一定太陽高度之下，高的目標(biāo)物在低的目標(biāo)物上的投影。所以暗影都有出現(xiàn)于目標(biāo)物的背光一側(cè)邊界處。暗影只能出現(xiàn)于可見光云圖上，它反映了云的垂直分布狀況。暗影3衛(wèi)星云圖上云的識別1）暗影的寬度與云頂高度有關(guān)，云頂越高，暗影越寬。2）在上午的衛(wèi)星云圖上，暗影出現(xiàn)于云的西邊界一側(cè)；如若是下午的云圖上，則暗影出現(xiàn)于云區(qū)的東邊界一側(cè)。3）暗影只能出現(xiàn)于色調(diào)較淺的下表面上，如低云、積雪或太陽耀斑區(qū)內(nèi)容易見到暗影。3衛(wèi)星云圖上云的識別紋理是指云頂表面或其它物象表面光滑程度的判據(jù)。如果云頂表面很光滑

13、和均勻，表示云頂高度和厚度相差很小，層云和霧具有這種特征；如果云的紋理多皺紋和斑點，就明云頂表面多起伏，云頂高度不一，積狀云具有這種特征；如果云的紋理是纖維狀，則這種云一定是卷狀云。紋理3衛(wèi)星云圖上云的識別A、B、C等處表現(xiàn)為云頂紋理不均勻，在這些地方出現(xiàn)云頂凸起，常稱之穿透性對流云頂，每個云頂處在迎太陽一側(cè)很明亮，背陽光一側(cè)出現(xiàn)暗影，云頂高度很高，對流強烈，地面報告相應(yīng)這些云頂處有龍卷風(fēng)出現(xiàn)。卷狀云積雨云中云（高層、高積云）積云、濃積云低云衛(wèi)星云圖上各類云的識別卷云的高度高，溫度低，它由冰晶組成，反照率低，對可見光具有透明性。所以其色調(diào)：1）在紅外云圖上，通常表現(xiàn)成白色，與地表、中低云間有強

14、的對比度，很容易將它們區(qū)分開。只有十分稀薄的卷云，色調(diào)較暗。2）在可見光云圖上，卷云的色調(diào)變化范圍很大，由深灰到淺白色，這決定于卷云的厚度，有時能透過卷云看到其下面的地面目標(biāo)物。3）在水汽圖上，卷云的色調(diào)呈白色。卷狀云3衛(wèi)星云圖上云的識別積雨云時常是幾個雷暴單體的集合，主要特點有：1.結(jié)構(gòu)型式：呈團(tuán)狀結(jié)構(gòu)，稱為云團(tuán)。2.色調(diào)：由于積雨云頂最高最冷，所以無論是紅外云圖，還是可見光云圖或者水汽圖上，其色調(diào)最白。3.邊界形狀： 積雨云的邊界與其發(fā)展階段、風(fēng)速垂直切變有關(guān)。當(dāng)積雨云處于初生階段時，云的邊界光滑整齊；當(dāng)積雨云到發(fā)展和成熟階段時，其邊界處出現(xiàn)短的卷云羽。當(dāng)風(fēng)的垂直切變很大時，積雨云出現(xiàn)卷云

15、砧的邊界特征。積雨云3衛(wèi)星云圖上云的識別4.范圍大?。撼跎姆e雨云尺度小，呈小顆粒狀；成熟的積雨云云體較大。有些積雨云相互合并，連成一片，形成尺度達(dá)數(shù)百公里的云區(qū)，這種云系稱為對流復(fù)合體。5.紋理：積雨云的紋理較為光滑均勻，尤其是在紅外云圖上。但是當(dāng)出現(xiàn)穿透性強對流云時，云頂呈多起伏，在可見光云圖上呈多皺紋和斑點的紋理特征。6.暗影：積雨云云頂高，有暗影。積雨云3衛(wèi)星云圖上云的識別在衛(wèi)星云圖上，由于高積云單體遠(yuǎn)小于衛(wèi)星儀器的分辨率，無法將高積云與高層云區(qū)別開來，只能將高積云和高層云統(tǒng)稱為中云。1.結(jié)構(gòu)型式和范圍大?。褐性圃谛l(wèi)星云圖上表現(xiàn)為一大片，范圍可達(dá)二萬到二十萬平方公里。其型式可以是渦旋狀

16、、帶狀、線狀和逗點狀。中云（高層、高積云）3衛(wèi)星云圖上云的識別2.色調(diào)和紋理：1）在可見光云圖上，與鋒面、氣旋相連的中云色調(diào)很白，紋理均勻，常伴有低云（雨層云）和降水出現(xiàn)。2）如果中云區(qū)多斑點和皺紋，則說明云區(qū)內(nèi)有對流出現(xiàn)或云層厚度不一。中云不一定有暗影和確定的邊界形狀，所以根據(jù)暗影和邊界不能識別中云.中云（高層、高積云）3衛(wèi)星云圖上云的識別在衛(wèi)星云圖上的積云濃積云實際上是積云群。1.結(jié)構(gòu)型式：積云濃積云常表現(xiàn)為線狀、開口細(xì)胞狀等結(jié)構(gòu)型式；有時積云濃積云呈離散分布型式。 2.紋理：表現(xiàn)為多斑點、皺紋，為不均勻的紋理。 3.邊界：由于局地加熱的不均勻性，積云濃積云的邊界不整齊不光滑。4.色調(diào)和暗影：可見光云圖上呈白色。積云、濃積云3衛(wèi)星云圖上云的識別層積云：表現(xiàn)為球狀的閉合細(xì)胞狀云系，一大片或帶狀。在海洋上，云頂均勻，在可見光圖上呈白色；在大陸上，層積云為灰色。在紅外云圖上，層積云表現(xiàn)為深灰到灰色，可與中云區(qū)分開。低云3衛(wèi)星云圖上云的識別層云與霧：1.紋理：層云與霧的云頂高度均勻，所以其紋理光滑均勻。 2.色調(diào)：在可見光云圖上層云（霧）的色調(diào)從灰色到白色。3.邊界：層云（霧）的邊界光滑整齊清楚，常常沿著山脈、河流、海岸線或一條低空切變線突然結(jié)束。 4.范圍大?。簩釉疲F）的范圍相差很大，所以不能根據(jù)層云（霧）的范圍判別它。低云3衛(wèi)星云圖上云的識別層云（霧）一般出現(xiàn)于冷高壓后部，