航空气象学：10.2 卫星云图

1、卫星云图的识别与应用,为什么要发射气象卫星？1、天气图上的气象资料很不全面，我国青藏高原是一片空白,2、有些资料在地面上不好观测,高空风场 地面冰雪覆盖 海面温度 大气中的臭氧分布 大气中的水汽分布 ,我国的第一颗人造地球卫星,我国第一颗人造地球卫星东方红1号，于1970年4月24日在酒泉卫星发射中心发射成功,主要内容,卫星云图基础知识及识别的方法 几种天气系统云型的卫星云图特征 雷雨天气系统的卫星云图特点 卫星云图中CB大风的几种云型,第一部分 卫星云图基础知识 及识别的方法,1、气象卫星的基本知识 2、卫星观测的基本原理 3、云图识别的方法 4、几种云的简单识别,1、气象卫星的基本知识 极

2、轨卫星与静止卫星,气象卫星从运行特征来讲，分两大类： 极轨气象卫星即太阳同步极地轨道气象卫星。它绕地球极地轨道运行而与太阳同步，运行高度一般在1000千米左右，运行周期约两小时。由于运行高度较低，故其图像的空间分辨率较高。 静止气象卫星即地球同步轨道气象卫星。它在地球赤道上空静止轨道运行，与地球处于相对静止状态，运行高度约35800千米，每隔30分钟左右（时间分辨率高），就可对大气层完成一次近1亿平方千米面积的观测。如在赤道上空均匀分布5颗静止气象卫星，就可对全球进行24小时全面观测，昼夜不停地提供全球卫星云图资料。,极轨气象卫星,轨道：卫星环绕地球两极附近运行 倾角：98左右 高度：8001

3、000千米 周期：约100分钟 用途： 能周期性地观测地球上空每一点 的气象资料，实现了卫星的全球 观测。 卫星几乎以同一地方时经过各地上空，故称“太阳同步”,地球同步气象卫星,轨道：位于赤道上空 周期：和地球自转周期相等 高度：约为36000千米 用途：对某一地区进行连续观测，能清楚地看到天气系统和云系的连续演变过程,卫星探测的特点,气象卫星在固定轨道上对地球大气进行观测， 可进行大范围观测：地球静止气象卫星一般位于3.58万公里高空对某一固定区域进行观测，观测面积可达地球面积的1/3；海洋、沙漠和高原地区都可以从卫星探测获取气象资料，从而深入了解全球大气活动； 在空间自上而下观测： 气象卫

4、星在空间自上而下观测地球大气，这与地面观测是不同的。如对云的观测，卫星观测到的是云顶的特征。在有几层云时，卫星首先观测到的是高云；若高云很薄，则可透过高云看到中低云；如果高云很厚就无法看到中低云。,2、 卫星观测的基本原理,风云卫星通道,可见光云图:(0.5-0.75微米）,可见光云图是卫星接受地面和云区反射的太阳辐射转化而得到的图像。 可见光图上的色调决定于反射太阳辐射的强度（与物体的反照率和太阳高度角有关）。反照率越大，色调越白；反照率越小，色调越暗。太阳高度角越大，光照条件越好，卫星接受到的反射太阳辐射也越大，否则越小。 云区越厚，色调越白。,各种目标的一般色调,问题,什么云厚？什么云色

5、调白？ 高云？中云？低云？ 低云里哪些云厚？哪些相对薄？ 积雨云、浓积云、层积云、雨层云,优点：分辨率高，图像有立体感；可以分析到很细致的特征； 缺点：只有白天有图像,经验：,如果条件可能，应使用与当地经度有一定角度的卫星，这样可见光云图的特点更清楚。-日本气象厅,红外云图:（10.5-12.5微米）,卫星接受云区和地面本身的红外辐射总量，用图像表示出来，即为红外云图。它反映了云区和地面的温度分布，所以红外云图只和温度有关。在红外云图上，物体温度越低，辐射越小，色调越白，云顶就越高；反之温度越高色调越暗，云顶越低。,优点：时间分辨率高，半小时一次，白天夜间都有； 缺点：与可见光图比，分辨率跟差

6、，一些细微细节体现不出来,水汽云图：（6.7微米）,卫星接收以6.7微米为中心的水汽强吸收带发出的辐射。反映的是对流层中上层水汽的情况 。水汽图中，色调越白，水汽含量越高；色调越暗，水汽含量越低。,三种云图的比较,水汽图像中大尺度流型特别引人注目，因为水汽的分布显示了大气运动的状态。,可见光云图和红外云图的比较,可见光云图上物象的色调决定于其返照率和太阳高度角,红外云图上物象的色调决定于它的温度,所以这两种云图,有一些外貌上相差很大,但也有些十分相似.,可见光云图与红外云图的比较图表,FY-2D红外,FY-2D可见光,3、云图的识别,在卫星云图上，云的识别可根据以下六个基本特征来判别：结构形式

7、、范围大小、边界形状、色调、暗影和纹理。,1 、 结构型式： 结构型式是指卫星云图上不同明暗程度的物象点的分布样式。这些物象点或是散乱分布，或是有组织分布，组成一定的形状。在云图上云的结构型式有带状、涡旋状、块状、细胞状和波状等。例如：气旋和台风云系是涡旋状结构；锋面、急流云系常表现为带状；孤立的对流云常表现为豆状或块状。,爱尔兰西南方的一个成熟低压,2 、 范围大小： 卫星云图上云的类型不同，范围也不同。如气旋、锋面云系和急流云系往往有几千公里，而一般的对流单体仅仅有十几到几十公里。用来区分云单体、不同尺度云系，结合型式可推断云形成的物理过程；根据云区的大小，可识别出孤立的单体和云系。,3

8、、 边界形状： 云图上云的边界有的呈直线形、圆形、扇形；有的呈气旋性弯曲、也有呈反气旋性弯曲；有的边界整齐光滑，有的模糊不清。不同云的边界有不同的特征，所以云的边界形状是识别云的重要依据之一。,4 、 色调（亮度或灰度）： 色调是指云图上的物象的明暗程度。可见光图上的色调与物体的反照率及太阳高度角有关。云的厚度越厚，反照率越大，色调越白。而红外图上，色调表示辐射面温度的高低。根据色调，可分析地表温度的高低和高、中、低云的分布状况。,5 、暗影： 只在可见光图上出现，它是在一定太阳高度角下，高的目标物在低的目标物上的投影。根据暗影可以识别物体的相对高度及云的类别。云越厚、云顶越高，暗影越宽。,暗

9、影示意图,6 、 纹理: 纹理表示了云顶表面的光滑程度。云的种类和厚度不同，云顶表面光滑度不同。如果云的纹理光滑均匀，说明云的云顶高度和厚度相差小，如层云和雾；如果云的纹理多皱纹和斑点，说明云顶高度不一，多起伏，这是积状云的特征；而纤维状是卷状云的特征。,可见光图中大范围低云,红外图中大范围低云,火灾：东北地区森林火灾，可以看到浓烟随高空风扩散的方向,云图上见到的最小的气旋：利用极轨卫星的高分辨率，可以观测到本图所示的气旋直径只有100公里左右。,直径100公里左右,4、几种云的简单识别,1、 卷状云（高云）： 一般卷状云高度较高，温度低，红外图上通常为白色，纹理均匀，边界多为纤维状。由冰晶组

10、成，反照率低，对可见光具有透明性。可见光图中为深灰到浅白色。水汽图上呈白色。,2、 对流云（积雨云）： 孤立的积雨云呈豆状或块状，色调在各类云图中均为最白；初生时边界整齐光滑，发展和成熟阶段时下风方出现卷云羽。红外图上纹理均匀，可见光中多皱纹和斑点，并有暗影。,孤立的对流云团(注:一般对流云团中会有多个对流单体),3 层积云: 一般范围大，表现为大片或带状；红外图上云顶均匀，为暗灰色或灰白色，而可见光图上呈白色，且有斑点。,4、中云（高层云、高积云） 在卫星云图上，由于高积云单体小于卫星仪器的分辨率，很难将高积云和高层云区别开来，只能将高积云和高层云统称为中云。一般来说，中云都是和高云或低云同

11、时出现，单独的中云较为少见。其特点有：在云图上为一大片，型式有涡旋状、带状、线状和逗点状，单独的中云色调为灰色。,5. 积状云: 表征大气稳定度 的变化程度，由带 状、细胞状或波状 云型，以及由形状 不规则的云大小变 化来识别。,6、低云：,层云和雾：卫星观测无法判断云底是否达到地面，所以云图上不能将层云和雾区别开，二者的特征是类似的。可见光云图上，层云和雾表现为一片光滑均匀的云区，色调为白色到灰色，厚度越大，颜色越白。边界清楚，常和地形走向一致。红外云图上，层云和雾表现为灰色，纹理均匀。,1997年12月17日大雾监测图像,海雾与海岸线,附图（a）、（b）分别为上下午的VIS云图。在上午云图

12、中，黄海雾区伸至陆地，到下午，云图中陆地上的雾消散，海雾西界与海岸线相一致。,盆地雾区,图为可见光云图，E-S-D表现为色调很白、纹理均匀的雾区，边界光滑清楚，形状和四川盆地相似 。,雨层云： 可见光云图上，雨层云的色调从白色到灰白色，太阳高度角较低时，可以在雨层云中出现纹线，一般在锋面云带中和热带季风云系中能看到雨层云。 红外云图上，雨层云表现为均匀的浅灰色。,锋面中的雨层云,第二部分几种天气系统云型的卫星云图特征,卫星云图上范围在500 5000公里的云系称为大尺度云系或天气尺度云系，它们有以下五种：,1、带状云系(banded cloud) 2、涡旋云系(vortex cloud) 3、

13、逗点云系(comma cloud) 4、细胞状云系(cell cloud) 5、波状云系(wave cloud),一、天气尺度云系：,具有明显的长轴，长宽比例至少为4:1（小于4:1的叫云区） ， 宽度大于一个纬距叫云带，小于一个纬距叫云线。 带状云系多数为多层云系，一般锋面锋面、急流、热带辐合带等都表现为带状云系。 云线有积云线和卷云线。低压后部的冷气团中，常见到积云线，它的走向指示了低空风的方向；高空急流里常见到卷云线，它指示了高空风的方向。,带状云系：,锋面云带,静止锋云系,急流云系,急流云系,涡旋云系：如发展完好的温带气旋、成熟的台风等。 图中西南涡云系（K）表现为稠密的涡旋状云系,锋

14、面气旋,逗点云系：是涡旋云系的一种，表示西风带高空槽，由中高云组成，色调很白，发展完好的逗点云系，在地面常有低压系统相对应。,细胞状云系：主要出现在湖面和洋面上。 未闭合的细胞状云系：每个细胞中心是晴空少云区，在边缘上是云区，表现为指环形或U形，主要由CB或TCU组成。常形成在气温和水温差异较大、对流较强的地区。,低压周围的细胞状云系C是气旋云系中心，A处是围绕这中心的大片未闭合细胞状云系,闭合的细胞状云系：每个细胞中心是云区，而在细胞边缘上是无云或少云区，主要由层积云组成，多出现在海水与空气之间温差较小、对流较弱的地区。,太平洋上的细胞状云系 图上A处为闭合细胞状云系，它位于日本南部洋面上；

15、图的右边有一条条明显的积云线,波状云系： 山地背风波形成的波状云和山脉走向一致 高空急流里的横向波动云系,山地波中的波状云,山地波中的波状云,高空急流里的横向波动云系,二、天气系统云系,1、锋面： 冷锋： 活跃冷锋表现为与涡旋云系相联系的一条宽的、连续的、完整的云带，色调较白，离涡旋中心愈远云带愈窄；边界清楚，呈明显的气旋性弯曲。多为层云系； 不活跃的冷锋云带窄而不完整，以低空积云、层积云为主，中高云很少。,冷锋云系,南方冷锋云系,1989年2月22日 2300时(UTC)红外云图,冷锋云系,暖锋：,云带短而宽，一般只有几百千米长，300500千米宽，云区呈反气旋性弯 曲，并向冷空气一侧凸起,

16、发展气旋中的暖锋云系 在卫星云图上，暖锋表现为一片向北凸起的卷云覆盖云区，其长宽比很小。 上图中，红线是气旋处于发展阶段的暖锋云系，云系呈反气旋弯曲。,静止锋： 一般没有气旋性或反气旋性弯曲，高空风大体平行于锋，云带很宽，分布不均匀，边界不规则；冬季以层状云为主，夏季多积状云。,静止锋雷暴：多出现在长江流域，范围大，一般多出现在6-8月份，主要是由于暖湿不稳定空气上升的结果，多出现在地面锋面的北侧辐合最强处（高空配合有切变线的地方）。 特点：到夜晚后，暖湿空气变成了冷空气，不稳定，雷暴通常深夜比较活跃，较强。 白天午后锋面南部会形成分散的、孤立的雷暴单体。,静止锋云系,静止锋云系,锢囚锋：宽约

17、300km，有较亮的气旋式螺旋，其中心即为地面气压中心，螺旋云带的前部边界比较不清楚而且参差不齐，后边界一般较清楚。在红外云图上，越接近螺旋中心，色调越暗，因为螺旋中心的云最低。,1986年3月24日1200时（UTC）西欧地区上空的一个锢囚低压,1986年3月24日1200时（UTC）地面天气图,2、温带气旋云系,在初期表现为稠密的密蔽云区 在后期则具有明显的螺旋结构,1波动阶段：云系A向北明显凸起，在其下方B、C处，存有若干小逗点云系和对流云系。,2发展阶段：云系A进一步向北凸起，由于冷空气从云系后部侵入，使云系开始向云内凹。,3锢囚阶段：图中，气旋云系后面的干舌更加明显， 云系表现出螺旋

18、结构。,4.成熟消亡阶段：云带围绕气旋中心旋转一圈以上，干舌伸到气旋中心，表明水汽来源已切断，气旋中心是一些中低云系。,3、西南低涡,结构稠密、色调白亮， 近于圆形的孤立云团,西南低涡,4、冷涡的卫星云图特征,夏季在东北和华北地区常常出现冷涡雷暴，其特点是变化较快（短时间内就可由晴天变为雷暴天气），持续时间较长（常可持续36天，最长的14-15天），危害性较大（有时伴有大风、冰雹）； 日变化影响较大；云系成逗点状；,2003年5月28日下午顺义冰雹 冷涡雷雨天气,冷涡副冷锋雷暴的云图特征,早晨副冷锋云图特征 日变化影响较大； 雷雨天气一般出现在午后到傍晚； 持续1-2小时左右。 雷雨位置（水汽

19、图中暗区位置） 雷暴延伸-向西南方向,副冷锋雷暴云图特征及关注点,5、高空急流云系,（1）急流卷云区位于急流轴南侧（北半球），其左界清楚且与急流轴平行 （2）在急流呈反气旋性弯曲的地方云系稠密急流呈气旋性弯曲的地方云系稀薄或消失 （3）可见光云图上，急流云系左界有明显的暗影 （4）当高空急流附近水汽不充分时，急流区就没有大片卷云区，只表现为一条条狭长的卷云线，其走向大体与风向平行，并位于急流轴的南侧。卷云线越狭长，边界越光滑，风速越大。 （5）当风的水平切变较大时，会出现横向波，此时，风速一般大于40m/s。,副热带急流云系,宽广的盾状卷云区,急流卷云带,急流卷云带 2001年5月22日153

20、0时（UTC）红外云图,6、槽线云系,深槽云系：表现为南北幅度很大的云带 浅槽云系：出现于平直西风急流中，南北幅度小，云系的范围也小，表现为带状、涡旋状和盾状等，其移动速度较快,深槽云系片状卷云的南支槽云系,平直气流中的浅槽云系A、B、C是平直气流中的浅槽云系，每片云系与一槽对应,7、热带风暴云系：如台风 8、赤道辐合带云系：一条由一系列活跃的对流云团组成的连续云带，近东西走向。,热带云团,云团由许多积雨云单体组成，顶部卷云连成一片，表现为白而密实的云区，直径1001000千米,热带辐合带云系,表现为一条由一系列活跃的对流云团组成的近于东西走向的连续云带，其宽度达五个纬距以上，东西长达千余千米,台风云系,台风在卫星云图上表现为有组织的涡 旋状云型,一九九六年九月二十八日协调世界时5时34分的卫星图片。,2003年第7号台风“伊布都”,飑线 飑线在卫星云图上常表现为一条亮白的云带。 1.1 冷锋前飑线 这种飑线出现在冷锋前的暖区，与冷锋之间有一条宽几十千米的晴空区，常由呈弧状排列的积雨云组成，与冷锋平行。在卫星云图上是位于冷锋前的一条色调白亮的云带,积雨云在卫星云图上的特征,1.1 冷锋前飑线,1.2 冷锋后飑线,在卫星云图上，这种飑线是从与冷锋云系相连的冷涡云系中伸展出来的，是与前方的冷锋云带近于平行的积雨云带或逗点状云系，云系的宽度约为50200千米，有时表