雷达与卫星气象学 - 图文

雷达与卫星气象学

第一部分 第一章

一、我国天气雷达的频率范围

1．S波段天气雷达的频率范围在2700MHz-2900MHz；C波段天气雷达的频率范围在5300MHz-5500MHz；X波段天气雷达的频率范围在8000MHz-12500MHz； 2．CINRAD-SA\\CINRAD-SB\\CINRAD-CB分别属于哪个波段。 二、天气雷达原理及组成：

1．常规天气雷达：天气雷达间歇性地向空中发射电磁波（称为脉冲式电磁波），它以近于直线的路径和接近光波的速度在大气中传播，在传播的路径上，若遇到了气象目标物，脉冲电磁波被气象目标物散射，其中散射返回雷达的电磁波（称为回波信号，也称为后向散射），在荧光屏上显示出气象目标的空间位置等的特征。

2．多普勒天气雷达：当雷达发射一固定频率的脉冲波对空扫描时，如遇到活动目标，回波的频率与发射波的频率出现频率差，称为多普勒频率。根据多普勒频率的大小，可测出目标对雷达的径向相对运动速度；根据发射脉冲和接收的时间差，可以测出目标的距离。同时用频率过滤方法检测目标的多普勒频率谱线，滤除干扰杂波的谱线，可使雷达从强杂波中分辨出目标信号。所以脉冲多普勒雷达比普通雷达的抗杂波干扰能力强，能探测出隐蔽在背景中的活动目标。

3．天气雷达组成：主要由天线、馈线、伺服、发射机、接收机、信号处理、产品生成、显示终端等组成。

天线：发射/接收电磁波 ；馈线：传导电磁波 ；伺服：天线等的运转；发射机：产生电磁波 ；接收机：接收处理电磁波信号处理：处理回波信息；产品生成：根据算法，生成应用产品/控制雷达；显示终端：显示产品、控制雷达

4．新一代天气雷达的基本结构：主要由三大系统组成： RDA—雷达数据采集子系统； RPG—雷达产品生成子系统； PUP—主用户终端子系统。

5．RDA主要结构：天伺系统、发射机、接收机、信号处理；主要功能是产生和发射射频脉冲，接收目标物对这些脉冲的散射能量，并通过数字化形成基本数据——反射率因子、平均径向速度和径向速度谱宽。 6．新一代天气雷达扫描方式：

扫描方式#1：5分钟完成14个不同仰角上的扫描（14/5） 扫描方式#2：6分钟完成9个不同仰角上的扫描（9/6） 扫描方式#3：10分钟完成5个不同仰角上的扫描（5/10） 7．新一代天气雷达的工作模式（天气模式）：两种工作模式，即降水模式和晴空模式。 工作模式A：降水模式使用VCP11或VCP21，相应的扫描方式分别为14/5 和9/6。 工作模式B：晴空模式使用VCP31或VCP32，两者都使用扫描方式5/10。

8．雷达产品生成子系统RPG：RPG是一个多功能的单元。它由宽带通讯线路从RDA接收数字化的基数据，对其进行处理生成各种产品，并将产品通过窄带通讯线路传给用户。 RPG是整个雷达系统的指令中心。

RPG的主要功能有两个，一个是作为整个雷达的控制中心，另一个是具有一系列算法，当接到来自PUP的请求后，生成相应的产品，然后传输给PUP。

产品分为基本产品和导出产品。基本产品：基本反射率因子、基本径向速度和基本谱宽产品。

9．天气雷达产品的显示方式：PPI（平面位置显示)、 RHI (距离高度显示）、CAPPI （等高平面位置显示）

三、基本概念： 1．基本反射率：反射率产品，表示单位体积中降水粒子直径6次方的总合（单位mm6/m3）。他的值的大小反映了气象目标内部降水粒子的尺度和密度分布，用来表示气象目标的强度，产品上数据的单位用dBZ表示。

2．基本径向速度：表示整个360度方位扫描径向速度数据，径向速度即物体运动速度平行与雷达径向的分量。径向速度有许多直接的应用，可以导出大气结构，风暴结构，可以帮助产生、调整和更新高空分析图等。平均径向速度产品有两点局限性：一是垂直于雷达波束的风的径向速度被表示为0；二是距离折叠和不正确的速度退模糊。 3．基本谱宽：表示在一个距离库内速度离散的程度，也就是距离库内速度估计方差的度量，它与距离库的各个反射率的运动速度和方向的差别成正比。

4．垂直累积液态水: 垂直累计液态水表示将反射率因子数据转换成等价的液态水值，是假设所有反射率因子返回都是由液态水引起，通过经验关系得到的。它是判别强降水及其降水潜力、强对流天气造成的暴雨、暴雪和冰雹等灾害性天气的有效工具之一。

5．组合反射率：组合反射率产品（简称CR产品）含有非常丰富的内容。是预报员常用且在PUP例行请示表中的产品之一；它是雷达体积扫描中将最大反射率投影到笛卡尔格点上的产品，其上方有组合属性表（内含有龙卷涡旋特征、中尺度气旋、冰雹、风暴系列等相关判定或数据）。两者同屏显示方便了用户分析。

6．一小时降水：雷达在230km范围内探测到的一小时降水量值。 7．雷达反射率:单位体积内全部降水粒子的雷达截面之和。

8．反射率因子：雷达反射率因子Z和粒子直径的六次方成正比，这是一个重要的结论，说明少数大水滴对观测到的回波功率起着主要作用。Z单位常用mm6/m3

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Z?n(D)D6dD0

9．反射率因子：单位体积内降水粒子直径的6次方的总和。

在实际观测中常用它的分贝数表示，又称为dBz dBz＝10LogZ

如果有超过瑞利散射条件的粒子存在，也可以定义一个z值，这时的z值称为等效反射率因子。此时

dBZ＝10LogZe/ 1mm6·m-3 通常：

63 Z0 取 =1 为标准值，63Zmm/m 1dBZ?10?lg631mm/m

Zemm6/m31dBZe?10?lg10．天气雷达的工作频率和波长 63?mm/m频率（MHz） 30000 波长（cm） 1 波段 K 1mm/m10000 6000 3000 1500 3 5 10 20 X C S L K波段的雷达用来探测非降水的云，X、C和S波段的雷达用来探测降水， L波段测风,我国新一代天气雷达使用C和S波段。

11．脉冲宽度τ：探测脉冲的振荡持续时间，称为脉冲宽度τ。由于探测脉冲具有一定的持续时间，因而它在空间也有一定的长度h。h=τc 。我国新一代天气雷达（S波段）有两个脉冲宽度：短脉冲（1μs）和长脉冲（4μs）。（原因？）

脉冲宽度与雷达的探测距离、距离分辨力等性能有关。雷达所发射的射频脉冲宽度较宽时，信号所包含的能量较多，因而回波能量较强。但是，脉冲宽度越宽，雷达的距离分辨力越差。因此，雷达在选择脉冲宽度时，是在最大探测距离和距离分辨力之间折衷的。在远距离时或晴空探测选用较宽的脉冲宽度，以使远距离目标回波具有足够的强度；在近距离时选用较窄的脉冲宽度，以保证近距离观察时的距离分辨力。 12．雷达的分辨率: 指两个目标物在雷达荧光屏上产生的回波，能够区分开来的最小实际距离。

影响因子：脉冲长度、水平和垂直波束宽度、接收机频带宽度。分类: 从产生回波畸变的不同,分为径向和切向分辨率两种。 四、雷达方程：

1．气象雷达方程是气象雷达工作的理论基础；通过气象雷达方程可以对雷达的各参数进行定性分析；在天气雷达的设计中，气象雷达方程具有指导性作用 2．方程的导出：（分贝） cPr?2ZRdBZ?20lgR?10lgPr?10lgC反射率因子的dB表示值。它给出了dBZ和dBPrC?20lgR?10lg?10lgPminPminC?20lgR?dB?10lgPmin?20lgR?dB?A距离订正值 回波功率与最小可检测功率之比 只与雷达性能有关

3．天气雷达的测量:常规天气雷达：Z；多普勒天气雷达：w、v、z；多普勒偏振天气雷达：强度信息( ZH ) 、多普勒信息（平均径向速度V 、 谱宽W) 和偏振信息（差反射率ZDR、 差传输相移ΦDP及比相差KDP和相关系数ρHV )。

第二章

一、Z-I关系

1．什么是Z-I关系：Z=AIb 。A、b和雨滴谱有关的系数，在不同的地区，不同的季节，不同的降水类型有不同的取值，即使在同一次降水过程中，由于滴谱的变化，A、b 的值也会变化。

2．Z-I 关系的不稳定性解决的方法：最优化处理法和A值平均法。

3．雷达和雨量计联合反演降水强度的几种方法：单点校准法：平均校准法；空间校准法；距离加权法；卡尔曼（Kalman）滤波校准法；变分校准法；最优插值校准法

4．造成雷达参数误差的因素可分成两类：一类是由于对天线增益G和波长等雷达参数没有准确标定所造成的固定误差；另一类是由于雷达发射和接收设备本身的不稳定导致发射功率Pr和接收机增益等参数不稳定所造成的随机误差。

第三章

一、多普勒雷达原理

1．多普勒效应：所谓多普勒效应就是，当声音，光和无线电波等振动源与观测者以相对速度相对运动时，观测者所收到的振动频率与振动源所发出的频率有所不同。因为这一现象是奥地利科学家多普勒最早发现的，所以称之为多普勒效应。

2．多普雷达与常规雷达的区别：常规天气雷达利用的是降水回波的幅度信息，即利用信号强度来探测雨区的分布、雨区强度、垂直结构等情况。多普勒天气雷达是利用多普勒效应来测定降水粒子的径向(朝向雷达或远离雷达方向)运动速度，并通过这种速度信息推断风速

分布、垂直气流速度、大气湍流、降水粒子分布、降水中特别是强降水中的风场结构特征。因此它除了得到目标物的反射率因子外，还可以测定散射体相对于雷达的径向速度和速度谱宽，并根据这三个基本量，可推断出相应的天气系统，尤其是降水天气系统的某些内部结构和特征，它对降水成因、中小尺度天气系统以及强对流造成的灾害性天气的监测与研究具有重要意义，是发布严重灾害性天气警报和临近预报的重要探测工具。

3．径向速度：简单的定义为目标物实际运动速度在雷达探测波束（雷达径向）方向上的分量。它既可以向着雷达，也可以离开雷达，但符号（正负）不同。脉冲多普勒天气雷达能直接测量得到的是降水粒子群相对于雷达的平均径向速度，它与我们需要的实际水平风速有关但又不同。①径向速度总是小于或等于实际目标物速度②当目标物运动垂直雷达径向或静止是径向速度为零。

4．多普勒两难及解决的方法：

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解决办法：采用多种PRF，不同的取样方式（硬件）;另一种是用软件，即在数据处理系统中设置判别及退速度模糊的程序。

5．多普勒雷达信息提取及其方法：回波强度-- 反射率因子；回波位相 -- 径向速度；回波信号—多普勒谱。有三种：傅里叶变换法（FFT）；脉冲对处理法（PPP）；相干记忆滤波器（CMF）处理法。

6．风切变的概念：风切变是一种大气现象，是风速在水平和垂直方向的突然变化。风切变，又称风切或风剪，是指大气中两点间风速和风向的剧烈变化。根据两点高度之间的差异，风切变可分为水平和垂直两大类。

第四章

一、回波的分类：气象回波（降水回波和非降水回波）和非气象回波（地物回波、超折射回波、同波长干扰回波、飞机、船只等的回波、海浪回波、由天线辐射特性造成的虚假回波）。

二、回波强度分析技术：从回波形态特征也可知道其回波强度；由回波特殊结构和形态可知回波强度；从回波移动特点可知影响测站时风雨情况。 1. Ｖ形缺口与入流缺口：概念及异同点

2．指状回波、钩状回波、弱回波穹窿概念及异同点 三、径向速度场分析技术与方法

1．径向速度的正负质的规定：离开雷达的径向速度为正，流向雷达的径向速度为负。 2．如何在在 PUP上查看径向速度的大小和正负：在PUP上，径向速度的大小和正负是通过颜色变化表示的，一般暖色表示正径向速度，冷色表示负径向速度，因此在分析速度图时，应首先查看色标。 3。零径向速度的概念、零径向速度与实际风的关系、根据径向风的分布反推实际风的方法、零径向速度线特征。（从PUP 显示屏中心出发，沿径向划一直线到达零等速线上某一点；过该点划一矢量垂直于此直线，方向从入流径向速度一侧指向出流径向速度一侧，此矢量即表示垂足点所在高度层的实际风向）。

4．多普勒径向速度场分析方法—三个方面：零径向速度线；朝向雷达正负范围、分布及中

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心；强径向速度梯度。 四、基本概念：

1．天气系统－通常是指具有一定的温度、气压或风等气象要素空间结构特征的大气运动系统。

2．天气－一定区域短时段内的大气状态及其变化的总称。

3．气候是指某一地区多年的和特殊的年份偶然出现的天气状况的综合。气候和天气有密切关系：天气是气候的基础，气候是对天气的概括。

4．锋：由两种性质不同的气团相接触形成的三度空间天气系统，它是冷、暖气团相交绥的地带。它是温带地区重要的天气系统。

5．锋的分类及表示方法：按照热力学分类方法，锋分为：冷锋、暖锋、锢囚锋和准静止锋。

6．冷锋、暖锋与天气变化

7．气旋和反气旋：气旋的定义：气旋是指在同一高度上中心气压比周围低、占有三度空间的大尺度涡旋。北半球：气流逆时针旋转，南半球：气流顺时针旋转。(反气旋反之)

低压或气旋、高压或反气旋，分别是对同一个天气系统的不同的描述。低压、高压是对天气系统气压状况的描述，气旋、反气旋是对天气系统气流状况的描述。

8．气旋、反气旋与天气变化： 类型 空间示意图 气旋（低压） 反气旋（高压） 气压状况 气压梯度力方向 北半球气流流向 南半球气流流向 天气状况 我国典型天气 中心气压低、四周高 从四周垂直指向中心 逆时针方向中心辐合上升 顺时针方向中心辐合上升 多云雨天气 台风 中心高、四周低 从中心垂直指向四周 逆时针方向四周辐散下沉 逆时针方向四周辐散下沉 晴朗、干燥天气 伏旱 9．副热带反气旋（副热带高压）：简称副高，是位于副热带地区的暖性高压系统。它对中、高纬度地区和低纬度地区之间的水汽、热量、能量的输送和平衡起着重要的作用，是大气环流的一个重要系统。

10．高空天气系统：槽和脊与天气现象

极涡 D 槽前脊后 上升运动 阴雨天气 槽后脊前 脊线 下沉运动 槽线 副高 G 晴朗天气 槽线 脊线

五、几种典型流场和天气系统在PPI上的径向速度模式（分析速度图及其区别）见课件 六、几种典型天气系统、流场层结情况下PPI多普勒径向速度模式（锋面和切变线系统）见课件

七、气旋和反气旋廓线及图像：如果零值带是平行与雷达视线方向的一定是涡旋，如果此时正值区在右边，负值区在左边就是气旋，如果正值区在视线方向的左边，而负值区在视

线方向的右边则是反气旋。

气旋和反气旋廓线及图像

反气旋

流场及其相应多普勒径向速度图

八、辐合辐散的概念及多普勒速度图像

对于辐合或辐散而言，零值带是垂直于雷达视线方向的，这一特点很重要。它是区别涡旋的重要特征。

如果是辐散流场，朝向雷达的气流总是在靠近雷达一侧而离开雷达的气流总是在远离雷达的一侧。所在在显示窗口上出现的是廓线应该是零值带上侧为正值区，而零值带下侧则为负值区。如果是遇到辐合气流，零值带的分布相同，而正值区与负值区的分布刚好相反。 九、非气象回波

1．辨认地物回波的方法：比较法、用PPI探测来判断、用RHI探测垂直剖面结构来判断、在A／R显示器上判断、另外气象目标物通常具有一定的移动速度．而地物回波常是不动的

十、降水回波

1．降水回波及其结构特征、几种特殊降水回波的识别

2．零度层亮带的概念：

当对层状云连续性降水进行铅直扫描或平扫探测时，在PPI或RHI上会出现零度层亮带。零度层亮带是层状云连续性降水的一个重要特征，它反映了在层状云降水中存在着明显的冰水转换区，即亮带上面的降水粒子以冰晶为主，通过亮带后，全部转化为水滴。亮带的出现，表明了层状云降水中气流稳定，无明显对流活动，为亮带的维持创造了条件。同时亮带的出现也会造成间含水量的过高估计。

3．亮带形成的物理原因：A.融化作用：冰晶或雪花融化成水滴，回波强度增大（5倍）；B.碰并聚合效应：粒子直径增大，反射率增强。C.速度效应：速度增大，单位体积内降水粒子数目减少，散射能力减小。D.粒子形成的作用：冰晶或雪花在下降融化过程中，常呈非球形状，因此散射能力比球形粒子大。

第二部分 第一章

一、卫星气象学是指如何利用气象卫星探测各种气象要素，并将其探测到的资料如何应用于大气科学研究的一门学科。

二、气象卫星的分类（按卫星轨道分）：分为两类：

极地太阳同步轨道卫星（通常称之为极轨气象卫星）和地球同步气象卫星，又称静止气象卫星。

三、极地太阳同步轨道卫星（通常称之为极轨气象卫星）：卫星的轨道平面和太阳始终保持相对固定的取向，轨道的倾角（轨道平面与赤道平面的夹角）接近90度，卫星要在两极附近通过，因此又称之为近极地太阳同步卫星轨道。

为使轨道平面始终与太阳保持固定的取向，因此轨道平面每天平均向地球公转方向（自西向东）转动0.9856度（即360度／年）。飞行高度约为600-1500千米，卫星的轨道平面和太阳始终保持相对固定的交角，卫星每天在固定时间内经过同一地区2次，因而每隔12小时就可获得一份全球的气象资料。

四、地球同步气象卫星，又称静止气象卫星：卫星相对某一区域是不动的。因而静止气象卫星可连续监视某一固定区域的天气变化。

运行高度约35800千米，其轨道平面与地球的赤道平面相重合。

从地球上看，卫星静止在赤道某个经度的上空。一颗同步卫星的观测范围为100个经度跨距，从南纬50°到北纬50°，100个纬度跨距，因而5颗这样的卫星就可形成覆盖全球中、低纬度地区的观测网。

五、极轨卫星和静止卫星在业务应用中的不同点：极轨和静止气象卫星是两种不同观测特性的卫星。

极轨气象卫星主要获取中期数值天气预报、气候预测和全球生态环境变化监测、远洋航海、航空所需的气象资料等；

静止气象卫星则对灾害性天气系统，包括对台风、暴雨和植被生态动态突变的实时连续观测具有突出的能力。

两种气象卫星的观测功能不能相互替代。

一颗极轨气象卫星每天能获取全球的气象资料两次，一颗地球同步轨道气象卫星每30分钟就能获得地球近1/4面积的气象图片 六、气象卫星遥感

1．遥感的信息源：任何目标都具有发射、反射和吸收电磁波的性质，这是遥感的信息源。目标物与电磁波的相互作用，构成了目标物的电磁波特性，它是遥感探测的依据。

2．气象卫星遥感：利用气象卫星对大气进行遥感探测称之为气象卫星遥感，也称之为卫星大气遥感。

3．卫星气象学研究的主要内容：①寻找从卫星上探测和获取大气中主要气象要素如云、风、温度、湿度、辐射、臭氧等和大气现象的理论和方法；

②被测物体（如地表、云和大气主要吸收气体）的辐射特性及电磁辐射在大气中的传 输规律；

③卫星资料接收、处理、存贮和各种气象要素处理方法的研究；

④选择测量各种气象要素和物体特性的最佳光谱段，满足气象观测要求的遥感仪的最佳设计；

⑤气象卫星资料在业务天气预报、数值预报模式和大气科学研究中应用方法的研究； ⑥气象卫星资料精度的研究。

4．气象卫星遥感探测的特点：固定轨道上对地球大气进行观测；实现全球和大范围观测；在空间自上向下观测；气象卫星采用遥感探测方式；有利于新技术的发展和推广应用 5．国内外的主要气象卫星：见课件

第二章

一、极轨卫星的优缺点：极轨卫星的优点：由于轨道近于圆形，轨道的预告、资料的接收定位处理方便；可以观测全球，尤其是两极地区；可以得到稳定的太阳能，保障卫星正常工作；由于轨道高度较低，空间分辨率较高；每次观测可以得到近乎相同的光照条件，有

利于所观测资料的对比分析 。

极轨卫星的的缺点是时间分辨率低，一颗卫星对某一地区一天只能观测两次。它仅适合于观测大尺度天气系统。

二、静止卫星的优缺点：静止卫星的主要优点空间覆盖面大，可进行连续通讯和重复观测；资料的时间分辨率高。每30分钟可以得到一幅新的地球全园盘图。

静止卫星的缺点是其图象的空间分辨率不高，这是由于它们距地球太远的缘故，此外，由于卫星对地观测的斜视角向地球边缘逐渐增加而使得高纬地区的图象明显的扭曲。通常有使用价值的图象在70°N到70°S之间。

三、倾角： 这是指卫星轨道平面与赤道平面之间的夹角，单位度。其度量是当卫星处在升段时，从赤道平面反时针旋转到轨道平面计算的。在卫星观测中，倾角决定了卫星观测的区域 。

第三章

一、辐射基本定律

1．黑体：黑体是指某一物体在任何温度下，对任意方向和任意波长的吸收率或发射率都等于1，这种物体称为黑体。或者说，在热力学定律允许的范围内，最大限度地把热能转变为辐射能的理想热辐射体叫做黑体。 二、黑体辐射定理

1．Planck定律（第一个定律）：课件

2．Stefan-Boltzmann定律(第二个定律)：黑体的全波长辐射本领与绝对温度的4次方成正比；物体温度愈高，其放射能力愈强。 ?5??c? Eb?0Eb?d??0c(1?T)d???T43．维恩(Wien)位移定律（第三定律）：绝对黑体的放射能力最大值对应的波长(λm) 与其e2?1本身的绝对温度（T）成反比。 用它可测定太空星体表面温度，也可用来选择对特定地物的监测波段，如火灾检测。

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λmT＝2897×10nm·K

三、太阳辐射与大气影响

1．太阳辐射：地球上的能源主要来源于太阳，太阳是被动遥感最主要的辐射源。传感器从空中或空间接收地物反射的电磁波，主要是来自太阳辐射的一种转换形式 。太阳是被动遥感主要的辐射源，又叫太阳光，在大气上界和海平面测得的太阳辐射曲线

2．太阳常数：是指不受大气影响，在距太阳一个天文单位内，垂直于太阳光辐射方向上，单位面积、单位时间黑体所接受的太阳辐射能量。

四、大气窗口：通常把电磁波通过大气层时较少被反射、吸收或散射而透过率较高的波段（太阳辐射光通过大气层时没有被反射、吸收和散射的透射能力很强的波段范围）称为大气窗口。

五、大气窗口的主要光谱

1. 0.30—1.15μm：这个窗口包括全部可见光波段、部分紫外波段和部分近红外波段，是遥感技术应用最主要的窗口之一。该窗口的光谱主要是反映地物对太阳光的反射，通常采用摄影或扫描的方式在白天感测、收集目标信息成像。通常叫短波区。

2. 1.3—2.5μm大气窗口：属于近红外波段。该窗口习惯分为1.40—1.90μm以及2.00 －2.50μm两个窗口，透射率在60％－95％之间。

3. 3.5－5.0μm大气窗口：属于中红外波段。透射率约为60－70％。包含地物反射及发射光谱，用来探测高温目标，例如森林火灾、火山、核爆炸等。

4. 8－14μm热红外窗口：透射率为80%左右，属于地物的发射波谱。常温下地物谱辐出度最大值对应的波长是9.7μm。所以此窗口是常温下地物热辐射能量最集中的波段，所探测的信息主要反映地物的发射率及温度。

5. 1.0mm－1m微波窗口：分为毫米波、厘米波、分米波。其中1.0－1.8 mm窗口透射率约为35％－40%左右。2－5 mm窗口，透射率约为50％－70%。8－1000mm，微波窗口，透射率为100%。

微波的特点是能穿透云层、植被及一定厚度的冰和土壤，具有全天候的工作能力，因而越来越受到重视。遥感中常采用被动式遥感（微波辐射测量）和主动式遥感，前者主要测量地物热辐射，后者是用雷达发射一系列脉冲，然后记录分析地物的回波信号。

六、亮度温度Tb：如果物体发射的辐射亮度（辐射强度）与温度为Tb的黑体辐射亮度温度相等我们称黑体的温度Tb为该物体的亮度温度。

第四章

一、卫星仪器的组成：卫星仪器在空间接收来自地球大气系统自身发射或反射太阳的辐射，这种测量辐射的仪器称做辐射仪。一般由扫描仪、光学系统、探测器、信号处理和信号输出等五部分组成。 二、卫星探测的分辨率

1．卫星探测仪器的分辨率是指从卫星上能区别两个相邻物体的能力．或者是能分清两个物体的最短距离。

2．卫星探测分辨率的三个主要参数：空间分辨率、温度分辨率（灰度分别率）和时间分辨率。

3．空间分辨率：是指卫星在某时刻观测到地球的最小面积亦即指遥感图像上能够详细区分的最小单元的尺寸和大小，是用来表征影像分辨地面目标细节能力的指标。卫星的瞬时视场决定了卫星的空间分辨率。空间分辨率是评价传感器性能和遥感信息的重要指标之一，

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也是识别地物形状大小的重要依据。

4．瞬时视场： （IFOV）从卫星到观测面积之间构成的空间立体角称瞬时视场。

5．像素：卫星从某时到观测到的辐射就是与瞬时视场相应的地表小块面积内所有物体反射成发射的辐射的总和，这小块面积称做象素，象素是构成云图的最小单位。

6．时间分辨率：对同一目标进行重复探测时，相邻两次探测的时间间隔。通俗的叫法是探测重复周期。它与卫星的扫描速度、扫描范围和选用的轨道等有关。

7．温度分辨率或灰度分辨率：指热红外传感器分辨地表热辐射（温度）最小差异的能力。 空间分辨率、时间分辨率和温度或灰度分辨率这三项指标是影像的重要参数之一，特别是空间分辨率和时间分辨率。

三、卫星的空间扫描方式：单个探测器线扫描；多探测器扫描；线性阵列探测器前推式扫描；圆锥扫描。

四、卫星资料的发送和接收：

五、在传送卫星云图过程中，为使得到的图片不失真，必须满足的三个条件：同步、同相、合作系数（概念）

六、为什么要对卫星资料进行预处理？

七、卫星资料产品的种类：产品主要有两类：图象和数字产品。图象产品主要是可见光、红外云图和水汽图，

第五章

一、卫星图象的特征

1．卫星遥感探测电磁辐射的信息可转换成云、陆地、海洋、大气水汽的图象资料，称为气象卫星云图。目前仍然是应用于天气分析和预报中的最主要形式，最常使用的图象有可见光、红外、水汽和第3通道。 （1）可见光图象（VIS）：卫星在可见光谱段测量来自地面云面反射的太阳辐射，将卫星接收的这种辐射转换为图象（波长0.35-0.80μm ）； （2）红外图象（IR）：地球-大气系统在热红外波段发射辐射的图象（波长10.5-12.5 μm）； （3）水汽图象（WV）：水汽发射辐射的图象（波长6-7μm）； （4）通道3图象（3.7μm）：太阳和地气系统重叠区辐射的图象，有时称这一波段为“近红外”。对于火的探测非常有用。（短波红外云图或中红外云图） 二、可见光（VIS）图象及其特点

可见光图像是太阳辐射经地气系统散射或反射后到达卫星所得到的图象。（借助于地球上物体对太阳光的反射程度而拍摄的 ）。图象中的灰度取决于地表或云的散射和反射系数。 在可见光云图上，物象的色调决定于反射太阳辐射的强度。而卫星接收到的反射太阳辐射决定于入射到目标物上的太阳辐射及目标物的反照率。入射至目标物的太阳辐射又与太阳高度角或太阳天顶角有关。因此，在可见光云图上物象的色调与其本身的反照率和太阳高度角或太阳天顶角有关。所以在不同的季节高纬度的地区可见光图象是有差别的。 1．反照率：表面的反射总辐射与入射辐射之比。

2．太阳高度角：指从太阳中心直射到当地的光线与当地水平面的夹角。其值在0°到90°之间变化，日出日落时为零，太阳在正天顶上为90°。

3．太阳天顶角：光线入射方向与天顶方向的夹角。太阳高度角和太阳天顶角互为余角 。 4．可见光资料只能在白天使用。 三、红外图象（IR）及其特点

红外图像是通过接收波长10.5-12.5μm波段地气系统的辐射得到的。（借助地球表面物体温度和大气层温度辐射的程度 ）。

在红外云图上物体的色调决定其自身的温度，物体温度越高，发射的辐射越大，色调越暗，

因此它所反映的是地面和云面的红外辐射或亮度温度分布，所以它实质上是一种温度分布图。

红外云图的优点是不论白天夜间都可以实现连续观测，它的探测值是物体表面温度的分布情况。

地表和大气的温度随季节和纬度而变

增强红外云图：这是对灰度或辐射值进行变换处理，将人眼不能发现的细节结构清楚地显示出来，如积雨云在云图上表现为一片白色，通过增强处理后可将云顶结构显示出来，能准确地确定积雨云的强度，强对流中心位置。 红外云图的增强处理是将图象上的灰度值，按需要进行合并或分解为若干灰度间隔（等级），每一间隔赋予一个灰度值。 四、水汽图象（WV）及其特点

是根据水汽在非大气窗区的水汽波段上所发射的辐射得到的。（6-7μm ），它也是红外波段的图象。水汽一面接收来自下面的辐射，又以自身较低的温度发射红外辐射。卫星接收到的辐射取决于水汽含量，大气中水汽含量越多，发射的辐射越小；

五、问题：可见光、红外、水汽云图是如何得到？各有怎样的特点？如何区分它们？（根据图像特点进行分析）太阳高度角 六、通道3图象（3.7μm）

3.7μm谱段是电磁波谱的中红外波段，它相对于l0μm谱段，波长要短，所以常称之为短波红外云图（或中红外、热红外图）。用它监测森林火灾很有用。（火灾背景的林地植被的地表温度一般仅为20-30。C。） 七、卫星云图上识别云的六个判据 云的识别可以根据以下六个判据：

结构形式：不同明暗程度物象点的分布式样 范围大小：云的类型不同，其范围也不同 。 边界形状：各类物象都有自已的边界形状 。

色调：色调有时也称亮度或灰度，它是指卫星云图上物象的明暗程度。 暗影：暗影是在一定太阳高度之下，高的目标物在低的目标物上的投影 。 纹理 ：反映云顶表面光滑程度判据 。

1．卫星云图上云的结构型式有带状、涡旋状、团状（块）、细胞状和波状等。 由云的结构型式有助于识别云的种类和云的形成过程； 由云的分布型式有助于识别天气系统。 2．其他参见课件

八、卫星云图上各类云的识别 （参见课件） 九、卫星云图上几类云的区别

云与积雪的区分：积雪与云在可见光云图上都有表现为白色，容易将它们混淆，但是： （1）云随时间的变化很快，而积雪随时间的变化较慢，所以用不同时刻的卫星云图比较分析可以区分它们；

（2）积雪分布于地表，它的型式具有与地貌特征有关的某些固有特征，如山脉地区具有树枝状结构，而云则没有；

（3）在有水面与陆地共存的地区，如湖泊、河流、海岸线等地方，非冻结的水面上一般没有积雪堆积，而陆地上常有积雪，因此只要熟知水面分布，就易于区别雪区。 （4）利用1.6微米通道容易区分云和积雪。

十、陆地地表特征分析及其原理（课件） （可见光云图上陆地表面特征（原理）、红外云图上的地表特征（原理）、风沙、浮尘和沙尘暴、陆地冰雪覆盖区、江河、湖泊、海洋等水面特征、海面温度、洋流和中尺度涡旋）

第六章

一、中纬度地区大尺度云系分析

1. 大尺度云系类型及其特征（识别）

2．什么叫带状云系？云区、云带和云线是如何划分的？

这是指一条大体上连续、具有明显长轴、长宽之比至少为4：1的云系。如果云系的长宽之比小于4：1，则该云系称之为云区。如果带状云系的宽度大于一个纬距，称为云带；若带状云系的宽度小于1个纬距，称为云线。

3．开口与闭口细胞云系的环境有什么不同？

开口细胞状云系中间无云，四周有云，出现于低压周围的气旋性环流内。闭合细胞状云系中间有云四周无云，呈球状，出现在高压东南象限内。 4．影响逗点云系形状的主要因子是什么？

影响逗点云系形状的因子：非均匀旋转及其变化；水汽的有效性；与云发展和消散有关的垂直运动；云系的不同高度；稳定度。 二、卫星云图分析高空天气系统

1. 槽的确定：锋面云带断裂、逗点云或积云变稠密区、卷云纹线、由大片中高云云区定槽线位置、由带状云确定槽线 2. 南支槽云系及其种类、特征

3. 脊的确定：由副热带高压内的积云线确定地面高压脊、根据太阳耀斑确定地面高压脊线 4. 锋面云系：种类特征、识别

A．冷锋云带有哪些特征？简述我国主要冷锋云系的分类。

与温带气旋相连接的冷锋云带，一般呈气旋性弯曲，长达1000km左右，宽为200-300 km，其宽度离开气旋中心愈远变得愈窄。其分为活跃和不活跃两类：活跃冷锋位于500hPa槽前，走向与对流层中层气流一致，云系连续稠密，由多层云组成；不活跃锋位于500hPa槽后，云带与高空气流垂直，云系断裂不完整，以中低云系为主。冷锋云系的长度和宽度相差很大，这决定大气运动尺度、锋面坡度和水汽条件。 B．简述我国主要冷锋云系分类及对应特点（课件）

西北一华北冷锋；青藏高原冷锋云系；西南冷锋云系；东北冷锋云系；南方冷锋云系 5. 静止锋云系：种类特征、识别及与天气的关系 6. 热带辐合带（ITCZ）云系

7. 台风的云系结构及识别 8. 台风的分类

9. 用卫星云图确定台风中心位置地方法 10. 侵袭我国的台风路径

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