雷達(dá)與衛(wèi)星氣象學(xué)

一、我國天氣雷達(dá)的頻率范圍

雷達(dá)與衛(wèi)星氣象學(xué)第一局部第一章1．S波段天氣雷達(dá)的頻率范圍在2700MHz-2900MHz；C波段天氣雷達(dá)的頻率范圍在5300MHz-5500MHz；X波段天氣雷達(dá)的頻率范圍在8000MHz-12500MHz；2．CINRAD-SA\CINRAD-SB\CINRAD-CB分別屬于哪個(gè)波段。二、天氣雷達(dá)原理及組成：1．常規(guī)天氣雷達(dá)：天氣雷達(dá)間歇性地向空中放射電磁波〔稱為脈沖式電磁波〕，它以近于直線的路徑和接近光波的速度在大氣中傳播，在傳播的路徑上，假設(shè)遇到了氣象目標(biāo)物，脈沖電磁波被氣象目標(biāo)物散射，其中散射返回雷達(dá)的電磁波〔稱為回波信號，也稱為后向散射，在熒光屏上顯示出氣象目標(biāo)的空間位置等的特征。2．多普勒天氣雷達(dá)：當(dāng)雷達(dá)放射一固定頻率的脈沖波對空掃描時(shí)，如遇到活動目標(biāo)，回波的頻率與放射波的頻率消滅頻率差，稱為多普勒頻率。依據(jù)多普勒頻率的大小，可測出目標(biāo)對雷達(dá)的徑向相對運(yùn)動速度；依據(jù)放射脈沖和接收的時(shí)間差，可以測出目標(biāo)的距離。同時(shí)用頻率過濾方法檢測目標(biāo)的多普勒頻率譜線，濾除干擾雜波的譜線，可使雷達(dá)從強(qiáng)雜波中區(qū)分出目標(biāo)信號。所以脈沖多普勒雷達(dá)比一般雷達(dá)的抗雜波干擾力量強(qiáng)，能探測出隱蔽在背景中的活動目標(biāo)。3．天氣雷達(dá)組成：主要由天線、饋線、伺服、放射機(jī)、接收機(jī)、信號處理、產(chǎn)品生成、顯示終端等組成。天線：放射/接收電磁波；饋線：傳導(dǎo)電磁波；伺服：天線等的運(yùn)轉(zhuǎn)；放射機(jī)：產(chǎn)生電磁波；接收機(jī)：接收處理電磁波信號處理：處理回波信息；產(chǎn)品生成：依據(jù)算法，生成應(yīng)用產(chǎn)品/掌握雷達(dá)；顯示終端：顯示產(chǎn)品、掌握雷達(dá)4．一代天氣雷達(dá)的根本構(gòu)造：主要由三大系統(tǒng)組成： RDA—雷達(dá)數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)；RPG—雷達(dá)產(chǎn)品生成子系統(tǒng)；PUP—主用戶終端子系統(tǒng)。RDA主要構(gòu)造：天伺系統(tǒng)、放射機(jī)、接收機(jī)、信號處理；主要功能是產(chǎn)生和放射射頻脈沖，接收目標(biāo)物對這些脈沖的散射能量，并通過數(shù)字化形成根本數(shù)據(jù)——反射率因子、平均徑向速度和徑向速度譜寬。一代天氣雷達(dá)掃描方式：掃描方式#1：514個(gè)不同仰角上的掃描〔14/5〕掃描方式#2：69個(gè)不同仰角上的掃描〔9/6〕掃描方式#3：10分鐘完成5個(gè)不同仰角上的掃描〔5/10〕7．一代天氣雷達(dá)的工作模式〔天氣模式AVCP11VCP2114/59/6。BVCP31VCP325/10。RPG：RPGRDA接收數(shù)字化的基數(shù)據(jù)，對其進(jìn)展處理生成各種產(chǎn)品，并將產(chǎn)品通過窄帶通訊線路傳給用戶。RPG是整個(gè)雷達(dá)系統(tǒng)的指令中心。RPG的主要功能有兩個(gè)，一個(gè)是作為整個(gè)雷達(dá)的掌握中心，另一個(gè)是具有一系列算法，當(dāng)PUP的懇求后，生成相應(yīng)的產(chǎn)品，然后傳輸給PUP。產(chǎn)品分為根本產(chǎn)品和導(dǎo)出產(chǎn)品。根本產(chǎn)品：根本反射率因子、根本徑向速度和根本譜寬產(chǎn)品。天氣雷達(dá)產(chǎn)品的顯示方式：PPI〔平面位置顯示)、RHI(距離高度顯示、CAPPI〔等高平面位置顯示〕三、根本概念：6〔單位mm6/m。他的值的大小反映了氣象目標(biāo)內(nèi)部降水粒子的尺度和密度分布，用來表示氣象目標(biāo)的強(qiáng)度dBZ表示。360度方位掃描徑向速度數(shù)據(jù)，徑向速度即物體運(yùn)動速度平行與雷達(dá)徑向的重量。徑向速度有很多直接的應(yīng)用，可以導(dǎo)出大氣構(gòu)造，風(fēng)暴構(gòu)造，可以幫助產(chǎn)生、調(diào)整和更高空分析圖等。平均徑向速度產(chǎn)品有兩點(diǎn)局限性：一是垂直于雷達(dá)波0；二是距離折疊和不正確的速度退模糊。，它與距離庫的各個(gè)反射率的運(yùn)動速度和方向的差異成正比。垂直累積液態(tài)水:垂直累計(jì)液態(tài)水表示將反射率因子數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成等價(jià)的液態(tài)水值，是假設(shè)全部反射率因子返回都是由液態(tài)水引起，通過閱歷關(guān)系得到的。它是判別強(qiáng)降水及其降水潛力、強(qiáng)對流天氣造成的暴雨、暴雪和冰雹等災(zāi)難性天氣的有效工具之一。5．組合反射率：組合反射率產(chǎn)品〔簡稱CR產(chǎn)品〕含有格外豐富的內(nèi)容。是預(yù)報(bào)員常用且在PUP例行請示表中的產(chǎn)品之一；它是雷達(dá)體積掃描中將最大反射率投影到笛卡爾格點(diǎn)上的產(chǎn)品，其上方有組合屬性表〔內(nèi)含有龍卷渦旋特征、中尺度氣旋、冰雹、風(fēng)暴系列等相關(guān)判定或數(shù)據(jù)。兩者同屏顯示便利了用戶分析。230km范圍內(nèi)探測到的一小時(shí)降水量值。ZZn(D)D6dD0反射率因子：雷達(dá)反射率因子Z和粒子直徑的六次方成正比，這是一個(gè)重要的結(jié)論，說明少數(shù)大水滴對觀測到的回波功率起著主要作用。Zmm6/m36次方的總和。在實(shí)際觀測中常用它的分貝數(shù)表示，又稱為dBz dBz＝10LogZ假設(shè)有超過瑞利散射條件的粒子存在，也可以定義一個(gè)zz值稱為等效反射率因子。此時(shí)dBZ＝10LogZe/1mm6·m-3通常：取 =1

Z0為標(biāo)準(zhǔn)值，Zmm6/m3

mm6

/m3

1mm6/m3Zmm6/m3天氣雷達(dá)的工作頻率和波長

1dBZ

10lg e 頻率〔MHz〕30000

1

e 波段K

/m3100003X60005C300010S150020LK波段的雷達(dá)用來探測非降水的云，X、CS波段的雷達(dá)用來探測降水，L波段測風(fēng),我國一代天氣雷達(dá)使用CS波段。脈沖寬度τ：探測脈沖的振蕩持續(xù)時(shí)間，稱為脈沖寬度τ。由于探測脈沖具有肯定的持續(xù)時(shí)間，因而它在空間也有肯定的長度h。h=τc。我國一代天氣雷達(dá)〔S波段〕有兩個(gè)脈沖寬度：短脈沖μ〕和長脈沖〔μ〔緣由？〕脈沖寬度與雷達(dá)的探測距離、距離區(qū)分力等性能有關(guān)。雷達(dá)所放射的射頻脈沖寬度較寬時(shí)，信號所包含的能量較多，因而回波能量較強(qiáng)。但是，脈沖寬度越寬，雷達(dá)的距離區(qū)分力越差。因此，雷達(dá)在選擇脈沖寬度時(shí)，是在最大探測距離和距離區(qū)分力之間折衷的。在遠(yuǎn)距離時(shí)或晴空探測選用較寬的脈沖寬度，以使遠(yuǎn)距離目標(biāo)回波具有足夠的強(qiáng)度；在近距離時(shí)選用較窄的脈沖寬度，以保證近距離觀看時(shí)的距離區(qū)分力。雷達(dá)的區(qū)分率:離。:從產(chǎn)生回波畸變的不同,分為徑向和切向區(qū)分率兩種。Prc ZR2四、雷達(dá)方程：Prc ZR2dBZdBZ20lgR10lgP10lgCr反射率因*的dB示值。它20lgR10lgPrP10lgPCminmin給出了20lgRdB10lgPCdBZ和dB20lgRdBAmin距訂值離正回波功率與最小可檢測功率之比只與雷達(dá)性能有關(guān)3．天氣雷達(dá)的測量:常規(guī)天氣雷達(dá)：Z；多普勒天氣雷達(dá)：w、v、z；多普勒偏振天氣雷達(dá)：強(qiáng)度信息(ZH)〔V、W)和偏振信息〔ZDR、差傳輸相移ΦDPKDP和相關(guān)系數(shù)ρHV)。其次章一、Z-I關(guān)系1．什么是Z-I關(guān)系：Z=AIb。A、b和雨滴譜有關(guān)的系數(shù)，在不同的地區(qū)，不同的季節(jié)，、b的值也會變化。2．Z-I關(guān)系的不穩(wěn)定性解決的方法：最優(yōu)化處理法和A值平均法。雷達(dá)和雨量計(jì)聯(lián)合反演降水強(qiáng)度的幾種方法：單點(diǎn)校準(zhǔn)法：平均校準(zhǔn)法；空間校準(zhǔn)法；距離加權(quán)法；卡爾曼〔Kalman〕濾波校準(zhǔn)法；變分校準(zhǔn)法；最優(yōu)插值校準(zhǔn)法G和波長等雷達(dá)參數(shù)沒有準(zhǔn)確標(biāo)定所造成的固定誤差；另一類是由于雷達(dá)放射和接收設(shè)備本身的不穩(wěn)定導(dǎo)致放射功Pr和接收機(jī)增益等參數(shù)不穩(wěn)定所造成的隨機(jī)誤差。第三章一、多普勒雷達(dá)原理1．多普勒效應(yīng)：所謂多普勒效應(yīng)就是，當(dāng)聲音，光和無線電波等振動源與觀測者以相對速度相對運(yùn)動時(shí)，觀測者所收到的振動頻率與振動源所發(fā)出的頻率有所不同。由于這一現(xiàn)象是奧地利科學(xué)家多普勒最早覺察的，所以稱之為多普勒效應(yīng)。2．多普雷達(dá)與常規(guī)雷達(dá)的區(qū)分：常規(guī)天氣雷達(dá)利用的是降水回波的幅度信息，即利用信號強(qiáng)度來探測雨區(qū)的分布、雨區(qū)強(qiáng)度、垂直構(gòu)造等狀況。多普勒天氣雷達(dá)是利用多普勒效應(yīng)來測定降水粒子的徑向(朝向雷達(dá)或遠(yuǎn)離雷達(dá)方向)vrmax max c8分布、垂直氣流速度、大氣湍流、降水粒子分布、降水中特別是強(qiáng)降水中的風(fēng)場構(gòu)造特征。因此它除了得到目標(biāo)物的反射率因子外，還可以測定散射體相對于雷達(dá)的徑向速度和速度譜寬，并依據(jù)這三個(gè)根本量，可推斷出相應(yīng)的天氣系統(tǒng)，尤其是降水天氣系統(tǒng)的某些內(nèi)部構(gòu)造和特征，它對降水成因、中小尺度天氣系統(tǒng)以及強(qiáng)對流造成的災(zāi)難性天氣的監(jiān)測與研究具有重要意義，是公布嚴(yán)峻災(zāi)難性天氣警報(bào)和接近預(yù)報(bào)的重要探測工具。3．徑向速度：簡潔的定義為目標(biāo)物實(shí)際運(yùn)動速度在雷達(dá)探測波束〔雷達(dá)徑向〕方向上的分vrmax max c8多普勒兩難及解決的方法：解決方法：承受多種PRF，不同的取樣方式〔硬件〕;另一種是用軟件，即在數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)中設(shè)置判別及退速度模糊的程序。多普勒雷達(dá)信息提取及其方法：回波強(qiáng)度--反射率因子；回波位相--徑向速度；回波信號—多普勒譜。有三種：傅里葉變換法FF；脈沖對處理法PP〔CMF〕處理法。，又稱風(fēng)切或風(fēng)剪，是指大氣中兩點(diǎn)間風(fēng)速和風(fēng)向的猛烈變化。依據(jù)兩點(diǎn)高度之間的差異，風(fēng)切變可分為水平和垂直兩大類。第四章一、回波的分類：氣象回波〔降水回波和非降水回波〕和非氣象回波〔地物回波、超折射回波、同波長干擾回波、飛機(jī)、船只等的回波、海浪回波、由天線輻射特性造成的虛假回波。二、回波強(qiáng)度分析技術(shù)：從回波形態(tài)特征也可知道其回波強(qiáng)度；由回波特別構(gòu)造和形態(tài)可知回波強(qiáng)度；從回波移動特點(diǎn)可知影響測站時(shí)風(fēng)雨?duì)顩r。1.Ｖ形缺口與入流缺口：概念及異同點(diǎn)2．指狀回波、鉤狀回波、弱回波穹窿概念及異同點(diǎn)三、徑向速度場分析技術(shù)與方法徑向速度的正負(fù)質(zhì)的規(guī)定：離開雷達(dá)的徑向速度為正，流向雷達(dá)的徑向速度為負(fù)。如何在在PUP上查看徑向速度的大小和正負(fù)：在PUP上，徑向速度的大小和正負(fù)是通過顏色變化表示的，一般暖色表示正徑向速度，冷色表示負(fù)徑向速度，因此在分析速度圖時(shí)，應(yīng)首先查看色標(biāo)。3〔從PUP顯示屏中心動身，沿徑向劃始終線到達(dá)零等速線上某一點(diǎn)；過該點(diǎn)劃一矢量垂直于此直線，方向從入流徑向速度一側(cè)指向出流徑向速度一側(cè)，此矢量即表示垂足點(diǎn)所在高度層的實(shí)際風(fēng)向。4．多普勒徑向速度場分析方法—三個(gè)方面：零徑向速度線；朝向雷達(dá)正負(fù)范圍、分布及中心；強(qiáng)徑向速度梯度。四、根本概念：天氣系統(tǒng)－通常是指具有肯定的溫度、氣壓或風(fēng)等氣象要素空間構(gòu)造特征的大氣運(yùn)動系統(tǒng)。天氣－肯定區(qū)域短時(shí)段內(nèi)的大氣狀態(tài)及其變化的總稱。氣候是指某一地區(qū)多年的和特別的年份偶然消滅的天氣狀況的綜合。氣候和天氣有親熱關(guān)系：天氣是氣候的根底，氣候是對天氣的概括。4．鋒：由兩種性質(zhì)不同的氣團(tuán)相接觸形成的三度空間天氣系統(tǒng)，它是冷、暖氣團(tuán)相交綏的地帶。它是溫帶地區(qū)重要的天氣系統(tǒng)。5．鋒的分類及表示方法：依據(jù)熱力學(xué)分類方法，鋒分為：冷鋒、暖鋒、錮囚鋒和準(zhǔn)靜止鋒。冷鋒、暖鋒與天氣變化氣旋和反氣旋：氣旋的定義：氣旋是指在同一高度上中心氣壓比四周低、占有三度空間的大尺度渦旋。北半球：氣流逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，南半球：氣流順時(shí)針旋轉(zhuǎn)。(反氣旋反之)低壓或氣旋、高壓或反氣旋，分別是對同一個(gè)天氣系統(tǒng)的不同的描述。低壓、高壓是對天氣系統(tǒng)氣壓狀況的描述，氣旋、反氣旋是對天氣系統(tǒng)氣流狀況的描述。氣旋、反氣旋與天氣變化：類型空間示意圖

氣旋〔低壓〕 反氣旋〔高壓〕氣壓狀況氣壓梯度力方向北半球氣流流向南半球氣流流向天氣狀況我國典型天氣

中心氣壓低、四周高從四周垂直指向中心逆時(shí)針方向中心輻合上升順時(shí)針方向中心輻合上升多云雨天氣臺風(fēng)

中心高、四周低從中心垂直指向四周逆時(shí)針方向四周輻散下沉逆時(shí)針方向四周輻散下沉晴朗、枯燥天氣伏旱副熱帶反氣旋〔副熱帶高壓高緯度地區(qū)和低緯度地區(qū)之間的水汽、熱量、能量的輸送和平衡起著重要的作用，是大氣環(huán)流的一個(gè)重要系統(tǒng)。極渦D槽前脊后極渦D槽前脊后上升運(yùn)動陰雨天氣槽后脊前脊線脊線下沉運(yùn)動槽線副高G晴槽線氣朗天五、幾種典型流場和天氣系統(tǒng)在PPI上的徑向速度模式〔分析速度圖及其區(qū)分〕見課件六、幾種典型天氣系統(tǒng)、流場層結(jié)狀況下PPI多普勒徑向速度模式〔鋒面和切變線系統(tǒng)〕課件七、氣旋和反氣旋廓線及圖像：假設(shè)零值帶是平行與雷達(dá)視線方向的肯定是渦旋，假設(shè)此時(shí)正值區(qū)在右邊，負(fù)值區(qū)在左邊就是氣旋，假設(shè)正值區(qū)在視線方向的左邊，而負(fù)值區(qū)在視線方向的右邊則是反氣旋。氣旋和反氣旋廓線及圖像像反氣旋流場及其相應(yīng)多普勒徑向速度圖八、輻合輻散的概念及多普勒速度圖像對于輻合或輻散而言，零值帶是垂直于雷達(dá)視線方向的，這一特點(diǎn)很重要。它是區(qū)分渦旋的重要特征。假設(shè)是輻散流場，朝向雷達(dá)的氣流總是在靠近雷達(dá)一側(cè)而離開雷達(dá)的氣流總是在遠(yuǎn)離雷達(dá)的一側(cè)。所在在顯示窗口上消滅的是廓線應(yīng)當(dāng)是零值帶上側(cè)為正值區(qū)，而零值帶下側(cè)則為負(fù)值區(qū)。假設(shè)是遇到輻合氣流，零值帶的分布一樣，而正值區(qū)與負(fù)值區(qū)的分布剛好相反。九、非氣象回波1．識別地物回波的方法：比較法、用PPI探測來推斷、用RHI探測垂直剖面構(gòu)造來推斷、在A／R顯示器上推斷、另外氣象目標(biāo)物通常具有肯定的移動速度．而地物回波常是不動的十、降水回波降水回涉及其構(gòu)造特征、幾種特別降水回波的識別零度層亮帶的概念：當(dāng)對層狀云連續(xù)性降水進(jìn)展鉛直掃描或平掃探測時(shí)，在PPIRHI上會消滅零度層亮帶。零度層亮帶是層狀云連續(xù)性降水的一個(gè)重要特征，它反映了在層狀云降水中存在著明顯的冰水轉(zhuǎn)換區(qū)，即亮帶上面的降水粒子以冰晶為主，通過亮帶后，全部轉(zhuǎn)化為水滴。亮帶的消滅，說明白層狀云降水中氣流穩(wěn)定，無明顯對流活動，為亮帶的維持制造了條件。同時(shí)亮帶的消滅也會造成間含水量的過高估量。A溶化作用：冰晶或雪花溶化成水滴，回波強(qiáng)度增大5倍碰并聚合效應(yīng)：粒子直徑增大，反射率增加。C.速度效應(yīng)：速度增大，單位體積內(nèi)降水粒子數(shù)目削減，散射力量減小。D.粒子形成的作用：冰晶或雪花在下降溶化過程中，常呈非球外形，因此散射力量比球形粒子大。其次局部第一章一、衛(wèi)星氣象學(xué)是指如何利用氣象衛(wèi)星探測各種氣象要素，并將其探測到的資料如何應(yīng)用于大氣科學(xué)爭論的一門學(xué)科。二、氣象衛(wèi)星的分類〔按衛(wèi)星軌道分：分為兩類：極地太陽同步軌道衛(wèi)星〔通常稱之為極軌氣象衛(wèi)星〕和地球同步氣象衛(wèi)星，又稱靜止氣象衛(wèi)星。三、極地太陽同步軌道衛(wèi)星〔通常稱之為極軌氣象衛(wèi)星相對固定的取向，軌道的傾角〔軌道平面與赤道平面的夾角〕接近90度，衛(wèi)星要在兩極四周通過，因此又稱之為近極地太陽同步衛(wèi)星軌道。為使軌道平面始終與太陽保持固定的取向，因此軌道平面每天平均向地球公轉(zhuǎn)方向〔自西向東〕0.9856度〔360度／年600-1500千米，衛(wèi)星的軌道平面和太陽始終保持相對固定的交角，衛(wèi)星每天在固定時(shí)間內(nèi)經(jīng)過同一地區(qū)212小時(shí)就可獲得一份全球的氣象資料。四、地球同步氣象衛(wèi)星，又稱靜止氣象衛(wèi)星：衛(wèi)星相對某一區(qū)域是不動的。因而靜止氣象衛(wèi)星可連續(xù)監(jiān)視某一固定區(qū)域的天氣變化。運(yùn)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，衛(wèi)星靜止在赤道某個(gè)經(jīng)度的上空。一顆同步衛(wèi)星的觀測范圍為100個(gè)經(jīng)度跨距，從南緯5050°，100個(gè)緯度跨距，因而5顆這樣的衛(wèi)星就可形成掩蓋全球中、低緯度地區(qū)的觀測網(wǎng)。五、極軌衛(wèi)星和靜止衛(wèi)星在業(yè)務(wù)應(yīng)用中的不同點(diǎn)：極軌和靜止氣象衛(wèi)星是兩種不同觀測特性的衛(wèi)星。極軌氣象衛(wèi)星主要獵取中期數(shù)值天氣預(yù)報(bào)、氣候推測和全球生態(tài)環(huán)境變化監(jiān)測、遠(yuǎn)洋航海、航空所需的氣象資料等；靜止氣象衛(wèi)星則對災(zāi)難性天氣系統(tǒng)，包括對臺風(fēng)、暴雨和植被生態(tài)動態(tài)突變的實(shí)時(shí)連續(xù)觀測具有突出的力量。兩種氣象衛(wèi)星的觀測功能不能相互替代。一顆極軌氣象衛(wèi)星每天能獵取全球的氣象資料兩次，一顆地球同步軌道氣象衛(wèi)星每30分鐘1/4面積的氣象圖片六、氣象衛(wèi)星遙感1．遙感的信息源：任何目標(biāo)都具有放射、反射和吸取電磁波的性質(zhì)，這是遙感的信息源。目標(biāo)物與電磁波的相互作用，構(gòu)成了目標(biāo)物的電磁波特性，它是遙感探測的依據(jù)。2．氣象衛(wèi)星遙感：利用氣象衛(wèi)星對大氣進(jìn)展遙感探測稱之為氣象衛(wèi)星遙感，也稱之為衛(wèi)星大氣遙感。3溫度、濕度、輻射、臭氧等和大氣現(xiàn)象的理論和方法；②被測物體〔如地表、云和大氣主要吸取氣體〕的輻射特性及電磁輻射在大氣中的傳輸規(guī)律；③衛(wèi)星資料接收、處理、存貯和各種氣象要素處理方法的爭論；④選擇測量各種氣象要素和物體特性的最正確光譜段，滿足氣象觀測要求的遙感儀的最正確設(shè)計(jì)；⑤氣象衛(wèi)星資料在業(yè)務(wù)天氣預(yù)報(bào)、數(shù)值預(yù)報(bào)模式和大氣科學(xué)爭論中應(yīng)用方法的爭論；⑥氣象衛(wèi)星資料精度的爭論。4．氣象衛(wèi)星遙感探測的特點(diǎn)：固定軌道上對地球大氣進(jìn)展觀測；實(shí)現(xiàn)全球和大范圍觀測；在空間自上向下觀測；氣象衛(wèi)星承受遙感探測方式；有利于技術(shù)的進(jìn)展和推廣應(yīng)用5．國內(nèi)外的主要?dú)庀笮l(wèi)星：見課件其次章一、極軌衛(wèi)星的優(yōu)缺點(diǎn)：極軌衛(wèi)星的優(yōu)點(diǎn)：由于軌道近于圓形，軌道的預(yù)報(bào)、資料的接收定位處理便利；可以觀測全球，尤其是兩極地區(qū)；可以得到穩(wěn)定的太陽能，保障衛(wèi)星正常工作；由于軌道高度較低，空間區(qū)分率較高；每次觀測可以得到近乎一樣的光照條件，有極軌衛(wèi)星的的缺點(diǎn)是時(shí)間區(qū)分率低，一顆衛(wèi)星對某一地區(qū)一天只能觀測兩次。它僅適合于觀測大尺度天氣系統(tǒng)。二、靜止衛(wèi)星的優(yōu)缺點(diǎn)：靜止衛(wèi)星的主要優(yōu)點(diǎn)空間掩蓋面大，可進(jìn)展連續(xù)通訊和重復(fù)觀測；30分鐘可以得到一幅的地球全園盤圖。靜止衛(wèi)星的缺點(diǎn)是其圖象的空間區(qū)分率不高，這是由于它們距地球太遠(yuǎn)的原因，此外，由于衛(wèi)星對地觀測的斜視角向地球邊緣漸漸增加而使得高緯地區(qū)的圖象明顯的扭曲。通常有70°N70°S之間。三、傾角：這是指衛(wèi)星軌道平面與赤道平面之間的夾角，單位度。其度量是當(dāng)衛(wèi)星處在升段時(shí)，從赤道平面反時(shí)針旋轉(zhuǎn)到軌道平面計(jì)算的。在衛(wèi)星觀測中，傾角打算了衛(wèi)星觀測的區(qū)域。第三章一、輻射根本定律1．黑體：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取率或放射率都等于1，這種物體稱為黑體?；蛘哒f，在熱力學(xué)定律允許的范圍內(nèi)，最大限度地把熱能轉(zhuǎn)變?yōu)檩椛淠艿谋ж?fù)熱輻射體叫做黑體。二、黑體輻射定理Planck定律〔第一個(gè)定律：課件Stefan-Boltzmann定律(其次個(gè)定律)：黑體的全波長輻射本領(lǐng)與確定溫度的4次方成正比；物體溫度愈高，其放射力量愈強(qiáng)。 c5E E d 1 dT43 b 0 b

0ec (T)1

(λm)與其．維恩(Wien)位移定律〔第三定律本身確實(shí)定溫度〔T〕成反比。用它可測定太空星體外表溫度，也可用來選擇對特定地物的監(jiān)測波段，如火災(zāi)檢測。mλT＝2897×103nm·Km三、太陽輻射與大氣影響1．太陽輻射：地球上的能源主要來源于太陽，太陽是被動遙感最主要的輻射源。傳感器從空中或空間接收地物反射的電磁波，主要是來自太陽輻射的一種轉(zhuǎn)換形式。太陽是被動遙感主要的輻射源，又叫太陽光，在大氣上界和海平面測得的太陽輻射曲線2．太陽常數(shù)：是指不受大氣影響，在距太陽一個(gè)天文單位內(nèi)，垂直于太陽光輻射方向上，單位面積、單位時(shí)間黑體所承受的太陽輻射能量。四、大氣窗口：通常把電磁波通過大氣層時(shí)較少被反射、吸取或散射而透過率較高的波段〔太陽輻射光通過大氣層時(shí)沒有被反射、吸取和散射的透射力量很強(qiáng)的波段范圍〕稱為大氣窗口。五、大氣窗口的主要光譜0.30—1.15μm：這個(gè)窗口包括全部可見光波段、局部紫外波段和局部近紅外波段，是遙感技術(shù)應(yīng)用最主要的窗口之一。該窗口的光譜主要是反映地物對太陽光的反射，通常承受攝影或掃描的方式在白天感測、收集目標(biāo)信息成像。通常叫短波區(qū)。1.3—2.5μm1.40—1.90μm2.00－2.50μm60％－95％之間。3.5－5.0μm大氣窗口：屬于中紅外波段。透射率約為60－70％。包含地物反射及放射光譜，用來探測高溫目標(biāo)，例如森林火災(zāi)、火山、核爆炸等。8－14μm80%左右，屬于地物的放射波譜。常溫下地物譜輻出度最大值對應(yīng)的波長是9.7μm。所以此窗口是常溫下地物熱輻射能量最集中的波段，所探測的信息主要反映地物的放射率及溫度。1.0mm－1m1.0－1.8mm窗口透射率約35％－40%左右。2－5mm50％－70%。8－1000mm，微波窗口，透100%。微波的特點(diǎn)是能穿透云層、植被及肯定厚度的冰和土壤，具有全天候的工作力量，因而越來越受到重視。遙感中常承受被動式遙感〔微波輻射測量〕和主動式遙感，前者主要測量地物熱輻射，后者是用雷達(dá)放射一系列脈沖，然后記錄分析地物的回波信號。六、亮度溫度Tb：假設(shè)物體放射的輻射亮度〔輻射強(qiáng)度〕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。第四章一、衛(wèi)星儀器的組成：衛(wèi)星儀器在空間接收來自地球大氣系統(tǒng)自身放射或反射太陽的輻射，這種測量輻射的儀器稱做輻射儀。一般由掃描儀、光學(xué)系統(tǒng)、探測器、信號處理和信號輸出等五局部組成。二、衛(wèi)星探測的區(qū)分率1．衛(wèi)星探測儀器的區(qū)分率是指從衛(wèi)星上能區(qū)分兩個(gè)相鄰物體的力量．或者是能分清兩個(gè)物體的最短距離。2．衛(wèi)星探測區(qū)分率的三個(gè)主要參數(shù)：空間區(qū)分率、溫度區(qū)分率〔灰度分別率〕和時(shí)間區(qū)分率。3．空間區(qū)分率：是指衛(wèi)星在某時(shí)刻觀測到地球的最小面積亦即指遙感圖像上能夠具體區(qū)分的最小單元的尺寸和大小，是用來表征影像區(qū)分地面目標(biāo)細(xì)節(jié)力量的指標(biāo)。衛(wèi)星的瞬時(shí)視場打算了衛(wèi)星的空間區(qū)分率?？臻g區(qū)分率是評價(jià)傳感器性能和遙感信息的重要指標(biāo)之一，也是識別地物外形大小的重要依據(jù)。瞬時(shí)視場：〔IFOV〕從衛(wèi)星到觀測面積之間構(gòu)成的空間立體角稱瞬時(shí)視場。像素：衛(wèi)星從某時(shí)到觀測到的輻射就是與瞬時(shí)視場相應(yīng)的地表小塊面積內(nèi)全部物體反射成放射的輻射的總和，這小塊面積稱做象素，象素是構(gòu)成云圖的最小單位。6．時(shí)間區(qū)分率：對同一目標(biāo)進(jìn)展重復(fù)探測時(shí)，相鄰兩次探測的時(shí)間間隔。通俗的叫法是探測重復(fù)周期。它與衛(wèi)星的掃描速度、掃描范圍和選用的軌道等有關(guān)。7．溫度區(qū)分率或灰度區(qū)分率：指熱紅外傳感器區(qū)分地表熱輻射〔溫度〕最小差異的力量。空間區(qū)分率、時(shí)間區(qū)分率和溫度或灰度區(qū)分率這三項(xiàng)指標(biāo)是影像的重要參數(shù)之一，特別是空間區(qū)分率和時(shí)間區(qū)分率。三、衛(wèi)星的空間掃描方式：單個(gè)探測器線掃描；多探測器掃描；線性陣列探測器前推式掃描；圓錐掃描。四、衛(wèi)星資料的發(fā)送和接收：五、在傳送衛(wèi)星云圖過程中，為使得到的圖片不失真，必需滿足的三個(gè)條件：同步、同相、合作系數(shù)〔概念〕六、為什么要對衛(wèi)星資料進(jìn)展預(yù)處理？七、衛(wèi)星資料產(chǎn)品的種類：產(chǎn)品主要有兩類：圖象和數(shù)字產(chǎn)品。圖象產(chǎn)品主要是可見光、紅外云圖和水汽圖，第五章一、衛(wèi)星圖象的特征衛(wèi)星遙感探測電磁輻射的信息可轉(zhuǎn)換成云、陸地、海洋、大氣水汽的圖象資料，稱為氣象衛(wèi)星云圖。目前仍舊是應(yīng)用于天氣分析和預(yù)報(bào)中的最主要形式，最常使用的圖象有可見3通道。可見光圖象VI收的這種輻射轉(zhuǎn)換為圖象〔波長0.35-0.8μm；紅外圖象I大氣系統(tǒng)在熱紅外波段放射輻射的圖象〔波長10.5-12.5μ；水汽圖象〔W：水汽放射輻射的圖象〔波長6-μ；通道3圖象〔3.μ紅外”〔短波紅外云圖或中紅外云圖〕二、可見光〔VIS〕圖象及其特點(diǎn)可見光圖像是太陽輻射經(jīng)地氣系統(tǒng)散射或反射后到達(dá)衛(wèi)星所得到的圖象〔借助于地球上物體對太陽光的反射程度而拍攝的。圖象中的灰度取決于地表或云的散射和反射系數(shù)。在可見光云圖上，物象的色調(diào)打算于反射太陽輻射的強(qiáng)度。而衛(wèi)星接收到的反射太陽輻射打算于入射到目標(biāo)物上的太陽輻射及目標(biāo)物的反照率。入射至目標(biāo)物的太陽輻射又與太陽高度角或太陽天頂角有關(guān)。因此，在可見光云圖上物象的色調(diào)與其本身的反照率和太陽高度角或太陽天頂角有關(guān)。所以在不同的季節(jié)高緯度的地區(qū)可見光圖象是有差異的。1．反照率：外表的反射總輻射與入射輻射之比。太陽高度角：指從太陽中心直射到當(dāng)?shù)氐墓饩€與當(dāng)?shù)厮矫娴膴A角。其值在0°到90°之間變化，日出日落時(shí)為零，太陽在正天頂上為90°。3．太陽天頂角：光線入射方向與天頂方向的夾角。太陽高度角和太陽天頂角互為余角。4．可見光資料只能在白天使用。三、紅外圖象〔IR〕及其特點(diǎn)10.5-12.5μm波段地氣系統(tǒng)的輻射得到的〔借助地球外表物體溫。在紅外云圖上物體的色調(diào)打算其自身的溫度，物體溫度越高，放射的輻射越大，色調(diào)越暗，因此它所反映的是地面和云面的紅外輻射或亮度溫度分布，所以它實(shí)質(zhì)上是一種溫度分布圖。紅外云圖的優(yōu)點(diǎn)是不管白天夜間都可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)觀測，它的探測值是物體外表溫度的分布狀況。地表和大氣的溫度隨季節(jié)和緯度而變增加紅外云圖：這是對灰度或輻射值進(jìn)展變換處理，將人眼不能覺察的細(xì)節(jié)構(gòu)造清楚地顯示出來，如積雨云在云圖上表現(xiàn)為一片白色，通過增加處理后可將云頂構(gòu)造顯示出來，能準(zhǔn)確地確定積雨云的強(qiáng)度，強(qiáng)對流中心位置。〔等級每一間隔賜予一個(gè)灰度值。四、水汽圖象〔WV〕及其特點(diǎn)是依據(jù)水汽在非大氣窗區(qū)的水汽波段上所放射的輻射得到的〔6-7μm的圖象。水汽一面接收來自下面的輻射，又以自身較低的溫度放射紅外輻射。衛(wèi)星接收到的輻射取決于水汽含量，大氣中水汽含量越多，放射的輻射越小；五、問題：可見光、紅外、水汽云圖是如何得到？各有怎樣的特點(diǎn)？如何區(qū)分它們？〔依據(jù)圖像特點(diǎn)進(jìn)展分析〕太陽高度角3圖象〔3.7μm〕3.7μm譜段是電磁波譜的中紅外波段，它相對于l0μm譜段，波長要短，所以常稱之為短波紅外云圖〔或中紅外、熱紅外圖〔火災(zāi)背景的林地植被的20-30。C〕七、衛(wèi)星云圖上識別云的六個(gè)判據(jù)云的識別可以依據(jù)以下六個(gè)判據(jù)：構(gòu)造形式：不同明暗程度物象點(diǎn)的分布式樣范圍大?。涸频念愋筒煌?，其范圍也不同。邊界外形：各類物象都有自已的邊界外形。色調(diào)：色調(diào)有時(shí)也稱亮度或灰度，它是指衛(wèi)星云圖上物象的明暗程度。暗影：暗影是在肯定太陽高度之下，高的目標(biāo)物在低的目標(biāo)物上的投影。衛(wèi)星云圖上云的構(gòu)造型式有帶狀、渦