兰州大学《卫星气象学》第1章

1、1卫星气象学电子课件（第一版） 电子版（第一版）电子版（第一版）2卫星气象学电子课件（第一版） 学时安排：p授课36学时成绩考核：p期末考试（70%） p平时成绩（30%）考勤(15%)作业(15%)3卫星气象学电子课件（第一版） 参考教材n 陈渭民编著，卫星气象学，气象出版社。n 许建民等译. 气象卫星-系统、资料及其在环境中的应用，气象出版社，1994。 n R.R.Kelkar,Satellite Meteorology, BS Publications, India,2007.n Vernon F.Dvorak, Frank Smigielski 著，卫星观测的热带云和云系，气象出版社

2、。n 钱 博，卫星气象学，南京信息工程大学大气物理学院大气探测系4卫星气象学电子课件（第一版） 课程内容p第一章第一章 绪论绪论p第二章第二章 卫星运动规律和气象卫星轨道卫星运动规律和气象卫星轨道p第三章第三章 卫星遥感大气的基本原理卫星遥感大气的基本原理p第四章第四章 国外国外气象卫星观测系统气象卫星观测系统p第五章第五章 我国目前及未来气象卫星系统我国目前及未来气象卫星系统p第六章第六章 卫星图像分析基础卫星图像分析基础p第七章第七章 卫星资料定量估算气象参数卫星资料定量估算气象参数5卫星气象学电子课件（第一版） 6卫星气象学电子课件（第一版） p卫星遥感的意义和内容p气象卫星遥感探测的特

3、点p卫星资料的应用 章节内容章节内容7卫星气象学电子课件（第一版） 二十世纪50年代，科学技术的两大突出进展： 现代电子计算机技术，大大地加快了科学进程。 空间科学技术，出现了人造卫星，人类向宇宙空间进军，并广泛应用于天文、气象、地质、海洋、农业、军事和通信等领域。气象卫星遥感的意义和内容气象卫星遥感的意义和内容8卫星气象学电子课件（第一版） 气象卫星: 人造星体，在宇宙空间、确定的轨道上飞行，携带着各种气象探测仪器，以对地球及其大气和海洋进行气象观测为目的，测量诸如温度、湿度、风、云、辐射等气象要素和降雨、冰雹、台风、雷电等天气现象。 卫星气象学：如何利用气象卫星探测各种气象要素，并将探测资

4、料应用于大气科学。 仪器越来越先进，精度越来越高。气象卫星气象卫星 VS VS 卫星气象学卫星气象学9卫星气象学电子课件（第一版） p The first successful meteorological experiment conducted from a satellite was launched on Explorer VII on 13 October 1959.p Explorer VII carried an early version of a radiometer designed to measure Earths heat balance from a satelli

5、te. p The thermal radiation experiment, devised by Verner E. Suomi (1915-1995), along with Uni. of Wisc.Madison engineering prof. Robert J. Parent, established Suomi as the “father of satellite meteorology.”气象卫星发展简史气象卫星发展简史10卫星气象学电子课件（第一版） 1960 - First Weather Satellite TIROS-I Television Infrared O

6、bserving Satellite Psuedo-Polar Orbit (April 1) ，life -78 days 1966/1967 - First Geostationary Weather Satellite ATS-I - University of Wisconsin-Madison, Verner Suomi Spin Scan Camera 2003 - Polar orbiting satellites & Geostationary orbiting satellites operational today, many more in the works.1

7、1卫星气象学电子课件（第一版） p卫星遥感的意义和内容p气象卫星遥感探测的特点p卫星资料的应用章节内容章节内容12卫星气象学电子课件（第一版） 气象观测为什么需要卫星气象观测为什么需要卫星? ? 13卫星气象学电子课件（第一版） 气象观测为什么需要卫星气象观测为什么需要卫星? ? n观测范围广 一颗极轨气象卫星每12小时左右就能对全球大气观测一遍，一条轨道在地面的扫描条带宽达2800公里左右。一颗静止气象卫星能获得地球上近一亿平方公里的气象资料，能观测到台风系统的全貌和全过程。n观测次数多、时效快 静止气象卫星一般每20分钟左右即可获得一次观测资料，还可用更短的时间间隔（515分钟）取得较小范

8、围的观测资料,对于监视灾害性天气系统特别有利。极轨道气象卫星在经过地面台站上空10多分钟内，可获得1000多万平方公里的资料。n不受自然条件和国界的限制 卫星气象观测能覆盖海洋、沙漠、高原等人烟稀少地区，填补这一些地区的气象观测资料的空白。14卫星气象学电子课件（第一版） n卫星观测与地面观测站互补n观测地点: 青藏高原、沙漠、海洋、南北极n观测方式： 自上而下、高瞻远瞩n观测仪器： 全球同一（统一）仪器观测n卫星观测与海洋观测站互补海洋气象观测相对缺乏：我国300多万平方公里的海域基本上没有地基和空基观测系统。海洋气象观测是我国观测最薄弱系统之一。15卫星气象学电子课件（第一版） 在一定距离

9、之外，不直接接触被测物体和有关物理现象，通过探测器接收来自被测目标物发射或反射的电磁辐射信息，并对其处理、分类和识别的一种技术。遥感的概念遥感的概念气象卫星基础气象卫星基础遥感探测的分类遥感探测的分类p 按方式：被动遥感和主动遥感； p 按波段：紫外遥感、可见光遥感、红外遥感和微波遥感；p 按对象：大气遥感、海洋遥感、农业遥感和地质地理遥感等遥感探测的设备遥感探测的设备：传感器，运载工具，接收系统遥感探测的内容遥感探测的内容 p 各类物体的辐射波谱特性及传输规律的研究；p 遥感信息获取手段的研究； p 遥感信息的处理与分析判读技术的研究。 16卫星气象学电子课件（第一版） p 空间固定轨道上运

10、行 p 自上而下进行观测p 全球和大范围的观测 p 使用遥感探测技术p 提供丰富的观测资料，受益面广气象卫星遥感探测的特点气象卫星遥感探测的特点17卫星气象学电子课件（第一版） 气象卫星的运行轨道气象卫星的运行轨道n 静止气象卫星轨道静止气象卫星轨道位于赤道上空约位于赤道上空约36000km36000km美国：GOES-W/E欧洲：METEOSAT日本：GMS中国：FY-218卫星气象学电子课件（第一版） 气象卫星的运行轨道气象卫星的运行轨道n 极轨气象卫星轨道极轨气象卫星轨道圆形轨道，距地约圆形轨道，距地约879km879km，1 1小时小时4242分钟扫描所有轨道分钟扫描所有轨道19卫星气

11、象学电子课件（第一版） p 相对于地球静止，一颗卫星观测面积1/4地球，是监测中小尺度灾害天气和其他快速发展的灾害现象的发生、发展和消亡过程、追踪位置和运动方向，开展临近预警预报必不可少的观测工具,如:台风、热带气旋、强暴雨系统等台风、热带气旋、强暴雨系统等森林、草原大火森林、草原大火沙尘暴、火山爆发等沙尘暴、火山爆发等；静止气象卫星特点p 轨道高，仪器制造困难，可见光和红外遥感的空间分辨率提高困难；p 轨道高，难以实现微波遥感，全天候探测困难p 一颗卫星不能进行全球观测p 高纬度观测分辨率降低，不能观测两极缺点：缺点：20卫星气象学电子课件（第一版） 极轨卫星观测特点 极轨气象卫星轨道进度和

12、较低的轨道高度使得它可以进行高分辨率全球观测、地表自然灾害、生态环境监测 极轨卫星的全球大气三维要素场的垂直探测，可以为提高长期数值天气预报精度提供高价值数据和产品； 缺点：不能达到高频次观测能力缺点：不能达到高频次观测能力21卫星气象学电子课件（第一版） 结论p 极轨和静止轨道平台是宇宙自然法则约束的两个地球观测的天然平台。p 互为补充，协调发展，缺一不可！22卫星气象学电子课件（第一版） p卫星遥感的意义和内容p气象卫星遥感探测的特点p卫星资料的应用章节内容章节内容23卫星气象学电子课件（第一版） 卫星遥感观测资料的应用领域 大气科学 农业遥感 林业遥感 海洋遥感 军事气象 航空气象 空间

13、环境监测 通信24卫星气象学电子课件（第一版） 增加了气象资料的内容和范围增加了气象资料的内容和范围 监视暴雨和强雷暴天气监视暴雨和强雷暴天气 监视海洋上的天气系统监视海洋上的天气系统 加深了对天气系统的理解加深了对天气系统的理解 改进了长期天气预报改进了长期天气预报 为海上活动提供指导为海上活动提供指导 提供农业气象资料提供农业气象资料 应用于军事气象应用于军事气象 收集和转发各种气象资料收集和转发各种气象资料 空间环境监测空间环境监测 气象卫星资料应用的效果25卫星气象学电子课件（第一版） 云中冰云中冰水的质量水的质量云微物理特云微物理特性性降水降水气溶胶气溶胶光学特性光学特性云光学云光学

14、特性特性化学化学辐射辐射通量通量CloudSatMLSAMSRMODISCloudSatPARASOLCloudSatAMSRCALIPSOMODISPARASOLOMICALIPSOMODISPARASOLTES MLS OMICERES卫星资料应用（1）：提供用于气候预测、天气预报等的大气参数。26卫星气象学电子课件（第一版） 卫星可提供用于监测大气环境、污染物传输等所需的参数。左图表示了起源于塔克拉玛干沙漠地区的沙尘气溶胶，主要存在两条路径传输到太平洋地区，一条经过祁连山脉经过内蒙等地区到达需要5天左右时间，另一条经过柴达木盆地-青海-甘肃等地传输到太平洋地区则需要更长时间，同时这种情况

15、影响范围更广 卫星资料应用（2）：提供用于大气环境、污染物传输监测等的参数。27卫星气象学电子课件（第一版） 卫星资料应用（3）：农作物长势、作物病虫害监测；农作物产量估计、农田蒸散发、土壤水分及旱情资料发布等农业遥感；28卫星气象学电子课件（第一版） 卫星资料应用（4）：森林覆盖面积、种类监测；森林防火、植被生长状况等信息的提供林业遥感。29卫星气象学电子课件（第一版） 卫星资料应用（5）：海洋生物资源、海岸带资源调查；海温、海深、水色、盐度、洋流等的测定；海洋污染监测等海洋遥感。30卫星气象学电子课件（第一版） 卫星资料应用（6）：侦查敌国军事力量；监控敌情；为导弹，航天器等制导，等等；军

16、事遥感。31卫星气象学电子课件（第一版） 我国的风云（FY）系列卫星南京信息工程大学FY-4 Second Generation FY-4 Second Generation 2013-20152013-2015FY-3 FY-3 系列业务双星系列业务双星 2011-20182011-201832卫星气象学电子课件（第一版） 第二代极轨气象卫星-风云三号（FY-3）u第二代极轨气象卫星共计划发射6颗星，其中01批两颗（FY-3A/3B），为试验应用卫星；02批4颗（FY-3C/D/E/F），为业务应用卫星，预计使用到2022年。33卫星气象学电子课件（第一版） 序号序号英文英文简称简称仪器全称

17、仪器全称1VIRR可见光红外扫描辐射计可见光红外扫描辐射计成像仪器组成像仪器组2IRAS红外分光计红外分光计大气探测大气探测仪器组仪器组3MWTS微波温度计微波温度计4MWHS微波湿度计微波湿度计5MWRI微波成像仪微波成像仪成像仪器组成像仪器组6MERSI中分辨率光谱成像仪中分辨率光谱成像仪7SBUS紫外臭氧垂直探测仪紫外臭氧垂直探测仪大气成分检测大气成分检测仪器组仪器组8TOU紫外臭氧总量探测仪紫外臭氧总量探测仪9SIM太阳辐射监测仪太阳辐射监测仪地球辐射收支地球辐射收支探测仪器组探测仪器组10ERM地球辐射监测仪地球辐射监测仪11SEM空间环境监测仪空间环境监测仪 空间天气检测空间天气检

18、测仪器组仪器组FY-3A上的有效载荷34卫星气象学电子课件（第一版） 仪仪 器器通道通道 光谱范围光谱范围星下点分星下点分辨率辨率(km)探测目的探测目的扫描辐射计扫描辐射计 VIRR100.43 12.5m 1.1云、气溶胶,水汽总量,云特性,植被,地面特征,表面温度,冰雪红外分光计红外分光计 IRAS260.69 15.5 m 17大气温、湿廓线, O3总含量等微波温度计微波温度计 MWTS450 57 GHz50-75大气温度廓线微波湿度计微波湿度计 MWHS5150 183 GHz15水汽,表面特征中分辨率光谱成像仪中分辨率光谱成像仪 MERSI200.41 12.5 m 1.1/25

19、0海洋水色,气溶胶,水汽总量,云特性,植被,地面特征,表面温度,冰雪微波成像仪微波成像仪 MWRI1010.65 89 GHz9-85雨率、云含水量、水汽总量、土壤湿度、海冰、海温、冰雪覆盖等 臭氧总量探测仪臭氧总量探测仪TOU6308 361 nm50O3总含量紫外臭氧垂直探测仪紫外臭氧垂直探测仪 SBUS12250 340 nm约200O3垂直分布太阳辐射测量太阳辐射测量 SIM10.250m -太阳辐照度地球辐射测量地球辐射测量 ERM40.23.8m 0.250m 35 地球辐射总量地球辐射亮度 南京信息工程大学35卫星气象学电子课件（第一版） 36卫星气象学电子课件（第一版） 北京地

20、面站北京地面站广州地面站广州地面站乌鲁木齐地面站乌鲁木齐地面站佳木斯地面站佳木斯地面站瑞典基律纳地面站瑞典基律纳地面站Kiruna地面应用系统：地面应用系统： “五站一中心”组成，北极站是我国在海外的第个业务接收站； 每天实时接收、处理多达15颗国内外卫星资料；37卫星气象学电子课件（第一版） 五个地面接收站的地理位置站名经度纬度北京站116 11E 40 03N广州站113 20E23 09N乌鲁木齐站87 34E43 52N佳木斯站130 22E46 45N瑞典基律纳站21 06E67 48N38卫星气象学电子课件（第一版） Launched: Dec. 18, 199910:30 am descendingASTER: Hi-res imagerCERES: Broadband scannerMISR: Multi-view imagerMODIS: Multispectral imagerMOPITT: Limb s