新任预报员培训班考试复习卫星

三、卫星图像思考题1、可见光谱段测量的辐射主要取决于地面反照率和太阳天顶角，地面反照率越大，卫星接收到的辐射越大，天顶角越小，入射太阳辐射越大，目标物反射的太阳辐射越大。2、在卫星云图上，云的识别有六个判据，有结构型式、范围大小、边界形状、色调、暗影和纹理。3、积雨云在卫星云图上常呈团状结构，称为云团。当高空风很大时，风速垂直切变很大，积雨云呈椭圆形云团，长轴方向与风的垂直切变方向一致；积雨云团到成熟时，下风一侧出现卷云砧。4、红外通道的图像最容易识别云的高低；水汽通道的图像最容易识别高云。5、水汽图上暗区，表明对流层中上层下沉，对流层中下层水汽辐射能量多，表现为黑色。6、如果在可见光云图上呈灰色，红外云图上呈黑色，这目标物可能是：（3）（1）卷云，（2）青藏高原，（3）夏季沙漠，（4）冷水面，（5）暖水面。7、如果在可见光云图上呈灰色，红外云图上呈灰色，这目标物可能是：（2）（1）卷云，（2）青藏高原，（3）夏季沙漠，（4）冷水面，（5）暖水面。如果在可见光云图上呈白色，红外云图上呈白色，这目标物可能是

（1）卷云，（2）积雨云，

（3）低云，（4）中云，

（5）积云浓积云。积雨云在可见光、红外、水汽云图上都表现为白亮，原因有何不同？积雨云在可见光云图上为白亮是因为它的反照率大；在红外云图上为白亮是因为云顶亮温低；在水汽云图上为白亮是因为积雨云中上层的冰晶等大粒子辐射最弱；在3.7微米上因为CB云顶是由冰晶和大水滴组成，对3.7微米辐射是强吸收，反射少，卫星得到的能量少，所以显示白色。红外云图和可见光云图的优缺点：红外云图优点是可区分不同层次的云，缺点是不能区分地面和低云可见光云图优点是可区分地面和低云，云的纹理清晰，但夜间资料不可用。云在白天的可见光和3.7μm图象中的表现

可见光图象：云呈灰或白色、多次散射云很亮、反照率取决于云厚和含水量、透过高层薄云能看到低层云3.7μm通道图象：云可从黑到白的任何色调、无多次散射云呈黑色、反照率取决于云滴的大小、透过高层薄云不能看到低层云夜间用3.7μm图象为什么可以判别雾在IR图象上，雾顶与周围地表温度相近，则不能被识别。在3.7μm通道，地面的发射相当于黑体，地面的发射率近似为1，而云（雾）不是黑体，发射率0.9。夜间在3.7微米通道上，如果雾顶与地表具有相同的温度，卫星接收的地表的辐射大于云（雾）,因此地表暖于云，故可区分地表和雾辨别方法：夜间在3.7微米通道上地表和云温度相同时，夜间用10微米通道的亮温减3.7微米通道的亮温：1.正值的地方是雾（低层云）

2.没变化的地方是地表

3.负值的地方是卷云雾在5个通道图像上分别是什么色调？说明原因。可见光：色调从灰色到白色，雾越厚、越浓，色调越白。如果雾超过300米，会表现为很白的色调。红外3通道：色调较暗的均匀云区。白天如果雾顶温度与地面温度接近，则无法辨认雾；到了夜间，近地面的辐射雾顶温度比四周无云地表暖，云区的色调比四周晴空地表要黑，称为“黑雾”水汽：因为雾的高度低，水汽图上没有明显表现。业务气象卫星探测系统的组成（两种卫星）由极轨和静止两类业务气象卫星组成。极轨—低轨、高空间和光谱分辨、全球覆盖；静止—高轨、高时间分辨率；两类轨道卫星在探测的覆盖范围，时空分辨率和探测项目及精度等方面相互补充、相辅相成，构成一个整体。4.试叙述极轨气象卫星和静止气象卫星的特点。答：⑴极轨气象卫星特点：太阳同步——卫星的轨道平面和太阳始终保持相对固定的取向近极地——由于这种轨道的倾角接近90度，卫星要在极地附近通过卫星几乎以同一地方时经过各地上空极轨气象卫星的高度约为800多公里优点①太阳同步轨道近圆形，对于轨道预告、接收和资料定位都很方便；②太阳同步轨道可以观测全球，尤其可以观测两极地区；③在观测时有合适的照明，可以得到充足的太阳能，维持卫星的正常运转。缺点①虽然卫星可以取得全球资料，但观测间隔长，对某一地区，一天一颗卫星在红外波段取得两次资料，可见光波段只有一次资料，要提高观测次数，只有增加卫星的数目；②由于观测次数少，不利于分析变化快、生命短的中小尺度天气系统；③由于相邻两条轨道的资料不是同一时刻，对资料的使用是不利的。⑵静止气象卫星特点：卫星运行方向与地球自转方向相同，即同向运行性卫星轨道倾角为0度，即赤道平面与轨道平面完全重合轨道偏心率e为0，即轨道是圆形的周期为23小时56分04秒卫星高度35860公里优点：时间分辨率高，观测某一点的时间间隔越短。缺点：空间分辨率低，只能看三分之一地球，不能看两极。5.全球气象卫星观测网的主要成员有哪些？静止气象卫星有：美国GOES两颗（位置75。W和135。W，三轴定向稳定）；欧洲Meteosat(位置0。)；印度Insat(位置74。E)；日本MEsat一颗（位置140。E，三轴定向稳定）；中国FY-2（位置105。E）。极轨气象卫星有：美国的NOAA系列&中国的风云三号。五个探测通道及其探测原理：=1\*GB3①可见光通道图像（0.55—0.90微米VIS【0.7】星下点地面分辨率为1.25公里地云反射太阳辐射）,该通道位于大气窗区，气象卫星在这个通道接收的辐射主要来自地面、云面对太阳辐射的发射辐射，把这个波段测到的辐射转换成图像得到了可见光图像。与太阳天顶角和物体反照率有关。=2\*GB3②窗区标准红外通道图像（10.3—11.3微米；11.5—12.5微米:长波红外分裂窗图像5.0公里地云自身发射辐射），卫星在该两个波段接收的辐射是地面和云面发射的长波红外辐射，太阳辐射完全忽略。在一定条件下，卫星在该两个波段间隔中接收的辐射仅与物体的温度有关，温度高用黑色表示，温度低用白色表示。严格的说是亮度温度分布图。=3\*GB3③红外水汽（吸收带）通道图像（6.3—7.6【6.7】微米5.0公里地云水汽自身发射辐射），利用水汽对地面或云面所发长波红外辐射中该波段的强吸收再辐射的原理，从地面或云顶发射并到达卫星的净辐射强度因其路径上的水汽吸收后再辐射而衰减，卫星利用这种衰减测定大气中水汽的存在，该辐射值转换成的图像就是水汽通道图像，它与大气中水汽含量、水汽在垂直方向上的位置和水汽的温度有关。=4\*GB3④窗区短红外通道图像（3.5—4.0【3.7】微米5.0公里地云反射太阳辐射+自身发射辐射）：在该波段，太阳辐射和地球大气辐射光谱曲线相交重叠，在该通道，地面的发射相当于黑体，而对应的雾和云都不是黑体；水滴和冰晶对该波段的辐射具有强烈的吸收，利用它可以识别雾和大水滴等；温度的小变化所发出的辐射在这个波段会带来较大的变化，卫星探测器利用这些特点形成图像比标准红外图像测温精度高。短红外通道的大气衰减小；但在白天有太阳辐射的污染。识别云的六个判据：答：结构形式、范围大小、边界形状、色调、暗影和纹理。结构形式分为带状、涡旋状、团状（块）、细胞状和波状；范围大小大到锋面、气旋——上千公里，也可到对流云的几公里；边界形状分为直线、圆形、扇形、气旋性弯曲、反气旋性弯曲；色调（亮度、灰度）物象的明暗程度：可见光—反照率，红外—物体的亮度温度；暗影：在一定的太阳高度之下高的目标物在低的目标物上的投影（只出现在可见光图象上）纹理：云顶表面光滑程度多起伏、多斑点、皱纹纤维状光滑和均匀。识别积雨云的6条依据是：用识别云的6条判据分析积雨云，积雨云在5个通道图像上分别是什么色调，说明原因？答：卫星云图上的积雨云是几个雷暴单体的集合，它的主要判据为：结构形式：团状结构积雨云团，当高空风很小时，风的垂直切变小，呈近圆型的云团，当高空风很大时，风的垂直切变大，呈近椭圆型云团，长轴方向与风的垂直切变方向一致，积雨云团到成熟时，下风一侧出现卷云砧。色调：云顶最高、最冷，所以无论是红外云图，还是可见光云图或水汽图上，其色调最白。边界形状：积雨云的边界与其发展阶段、风速垂直切变有关。当积雨云处于初生阶段时，云的变界光滑整齐，发展和成熟阶段时，边界处出现短的卷云羽，当风的垂直切变很大时，积雨云出现卷云砧的边界特征。范围大小：积雨云是一种与中小尺度天气系统有关的云系，其尺度相差很大，小的只有十几公里，大的可达几百公里。一般来说，出生的积雨云尺度小，呈小颗粒状，成熟的积雨云云体较大，有些积雨云相互合并联成一片，形成尺度达数百公里的云区，这种云系称为对流复合体。纹理：纹理较为光滑均匀，尤其是红外云图上，但是出现穿透性强对流云时，云顶多起伏，在可见光图上呈多皱纹和斑点的纹理特征。暗影：积雨云云顶高，有暗影，积雨云在夏季最活跃，除早晚时刻，太阳高度角大，暗影不时时都明显。积雨云在5个通道图象上都是白色色调，因为积雨云顶最高、最冷，所以图象都呈白色。黑色雾出现在哪个通道的图像上？出现了说明什么？答：黑色雾出现在红外通道的图像上。黑色雾的出现说明夜间地面有辐射逆温，雾的顶部温度比四周无云地段暖，从而使得红外通道图像上雾区的色调比四周晴空地表的要黑。夜间如果雾顶温度与地表温度一样，怎么识别雾？答：用短波红外图来识别。因为在中心波长3.7微米的的短波红外通道，地面的发射率近似为1，可以当做黑体，而雾的发射率小于1，不能作为黑体。如果雾顶与地表具有相同的温度，卫星接收的雾发射的辐射比地面发射的辐射要小，这样就可以把雾和地表区别开。在云图上雾的色调比地面浅，边界整齐，云顶光滑。斜压叶状云系的特点是什么？答：斜压叶云系表现为一条较宽的云带，它的后（北）边界光滑整齐，呈现“S”形，其Ｔ处向北凸起，呈反气旋弯曲，“S”处向南凹，呈气旋性弯曲；斜压叶云系西界W处有“V”字型缺口，这种缺口是由于西北急流侵入云系的西边界形成的。斜压叶云系的东半部主要以卷云为主，越往西云顶高度降低，色调变暗。在云区西端的“V”字缺口北侧以中低云为主，南侧以低云为主。水汽图像上最白亮的地方表明水汽最多吗？为什么？不是，水汽图像是红外图像的一种，在红外图像上物体的色调决定于其本身的温度，温度越低色调越白，最白亮说明温度最低。水汽图像上白亮的色调说明什么？暗的色调说明什么？白亮色调说明温度低，暗的色调说明温度高在气象卫星图像上云可以分成哪三个主要类别？气象卫星图像上常见的云系有哪些？分为卷状云、积状云和层状云。常见的云系有：带状云系、涡旋云系、逗点云系、斜压叶状云系、细胞状云系一个完整的逗点云系由头部、尾部和尖点组成。对于一个完整的逗点云系，表现成一个大尺度的逗点云，它由涡度逗点云、斜压叶云系和变形场云带三部分组成。其中:(1)变形场云系处在逗点云系的头部，以卷状云为主，向冷区凸起;(2)斜压叶云系以层状云为主,顶部为卷层云,位于变形场云系南部,与正涡度平流区相对应;(3)涡度逗点云系以对流性中低云为主.降水为阵性,与冷锋、锢囚锋相联系,通常涡度逗点云隐藏在斜压叶状云的下面。试述窗区红外图像和水汽图像的相同与不同相同点：都是卫星接收红外辐射，并转换为亮温得到的图象。不同点：1、窗区红外图象是卫星接收地面和云顶发射的长波红外辐射得到的；水汽图象是地表或云顶发射的辐射在经过大气时被大气中的水汽吸收后再辐射而到达卫星的辐射。2、窗区红外图象是通过大气窗区获得的；水汽图象是通过大气吸收带获得的。3、窗区红外图象可区分云的高度；水汽图象反映对流层中上层的水汽情况，可有效显示出对流层中上层的大气环流特征。水汽图像上最暗的区域和变暗的区域在天气预报中有什么意义？根据水汽变暗区域可以推断下沉运动的强度和范围，一般而言，色调越暗，下沉运动越强；黑色区域越大，下沉范围越大。最暗的区域表明下沉运动最强、最干冷。变暗的区域代表下沉运动在加强。3.7微米图像上有什么特点？它能给天气预报提供哪些其他图像不能提供的信息？白天的3.7μm通道卫星收到的辐射，主要是云和地球大气系统反射的太阳辐射地球大气系统发射的辐射与反射太阳辐射比很少。白天用3.7μm图象判别冰晶和大水滴。

大于10μm水滴和冰晶对来自太阳的3.7μm辐射有强烈的吸收，反照率低，卫星收到的辐射能少。夜间的3.7μm通道卫星收到的辐射是由云和地球大气系统发射的辐射。夜间在3.7微米通道上地表和云温度相同时，地表的辐射大于云（雾）。因此地表暖于云（用辐射计算亮度温度），故可区分地表和雾（低云）。3.7微米如上述可以监测大水滴冰晶和夜间的雾。气象卫星在地球大气探测系统中的作用、地位1）是灾害性天气监测、预警和灾情评估的依据2）为天气分析和预报提供基本信息3）是满足多尺度数值预报模式对初值、边值要求的主要技术手段4）为气候监测、预测、变化和评估提供基本事实5）为弄清云微物理结构和实施人工影响天气作业提供观测事实6）为研究不同尺度天气系统及其相互作用和不同圈层之间的相互作用提供观测事实，是揭示大气运动的机理和地球大气物理、化学过程的工具7）气象卫星具有资料收集等通讯功能在可见光云图、红外云图、水汽运图上水体、雾、积雪、沙漠、沙尘和植被如何识别？水体：可见光云图上，水体因反照率低，表现为深黑色；在红外云图上的水面色调取决于其温度的高低。雾：雾的云顶高度均匀，纹理光滑均匀；在可见光云图上雾的色调从灰色到白色，雾越厚，越浓，色调越白；雾的边界光滑整齐，受地表影响大