航空气象PPT教学课件 10第九章

第九章卫星云图及其应用第九章卫星云图及其应用

在地面天气图上大洋中部，大的沙漠，南北极地区的资料稀少，给天气分析带来很大问题，这种情况在气象卫星出现后得到了解决。气象卫星可以提供包括海洋，高原，沙漠等全球范围的气象资料。可连续监视大范围的天气变化。还可以观测云顶高度，海面温度，高空风场，臭氧分布，对一些常规天气图上分析不出来的生消较快的中小尺寸天气系统也可以清晰的观测到。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第一节卫星云图上云的识别一、气象卫星简介1、定义携带各种观测仪器,从空间对地球进行气象观测的人造地球卫星称气象卫星2、分类（按绕地球运行轨道）⑴极轨气象卫星卫星环绕地球两极附近运行，轨道平面与赤道夹角(倾角)为98°左右.始终和太阳保持相对固定的取向，又称太阳同步极轨卫星。卫星运行高度800—1000km，运行周期约100分钟。探测范围为轨道两侧各1500km，一天内可覆盖全球。极轨卫星工作示意图⑵地球同步气象卫星它位于赤道上空，其轨道平面与赤道平面重合，运行周期和地球自转周期相等。从地球上看，它静止在赤道某经度上空因此这类卫星又称为静止卫星。运行高度约36000km，每20分钟获得一张图片，观测范围为南北纬度50度，经度100度左右，差不多是地球的三分之一表面。静止卫星可以对中低纬度广大地区进行连续观测。地球同步气象卫星工作示意图

3、设备气象卫星上主要观测仪器有电视照相仪和扫描辐射仪电视照相仪是白天用来拍摄图片的，它可以定时拍摄和下发照片，得到可见光云图。

扫描辐射仪主要用来获得夜间照片，也可用于白天。它能测量一定光谱区到达辐射仪的热辐射量，反映出地面和云的温度。得到红外云图。一般说来，白天可同时得到红外和可见光图，夜间只能得到红外云图。在赤道上空放置五颗同步卫星，两颗极轨道卫星，就可以每半小时获得一次全球性资料。卫星资料的应用可见光云图上的沙尘暴

2002年4月6日13时NOAA-16气象卫星监测图像。内蒙中东部、河北北部出现了大范围沙尘天气，部分地区有沙尘暴。图中黄色表示沙尘区，白色表示云区。本次沙尘暴影响总面积约为45.8万平方公里GMS紅外光資料所估計出的海面溫度

青海南部囊谦县境内有一处火点，位于N32.1，E96.32。西藏自治区昌都县境内有一处火点，位于N31.16，E97.14。

气象卫星监测积雪覆盖洞庭湖地区气象卫星水情监测图二、卫星云图的种类可见光云图(VIS)

可见光云图是在可见光谱段，感应地面和云面对太阳光的反射，并把所得到的信号表示为一张平面图象。图上的色调决定于目标反射太阳辐射的大小.由于云与地表的反照率差异很大,可以很容易将云和地面区别开来。白色表示反照率最强，黑色表示反照率最弱。各种目标的一般色调色调目标物黑色海洋、湖泊、大的河流深灰色大面积森林、草地、耕地灰色陆地晴天积云、沙漠、单独出现的卷云灰白色大陆上薄的中高云白色积雪、冰冻湖海、中等厚度的云浓白色大块厚云、积雨云、多层云红外云图(IR)

将红外波段测得的辐射转换成图象就得到红外云图。辐射大的用黑色表示，辐射小的用白色表示。色调越黑表示红外辐射越大目标温度越高。红外云图所反映的是地表和云面的红外辐射或温度分布。由于大气和地表的温度随季节和纬度变化。

1、红外云图上地表和云面的色调随纬度和季节而变化

2、红外云图上海陆色调对比随季节变化。三、地表特征分析（一）可见光云图上地表状况

陆地表面:

一般表现为深灰色到浅灰色

水面(湖面和海面):

表现为黑色，少云或无云的条件下，海洋上岛屿和大陆海岸线很清晰。

冰雪覆盖区:

地面有大片冰雪覆盖表现为白色和灰白色，容易和云相混，有冰雪覆盖的山脉，地面有树枝状的分岔，明亮的区域是山脊，树枝暗线表示山谷，且变化不大，云的变化较快。

太阳耀斑区：水面一般表现为暗黑的颜色，当太阳光从水面单向反射进入卫星的扫描辐射仪，在云图上表现为一块白色的明亮区域称为太阳耀班区。红外云图上海陆色调对比随季节变化

1998年2月9日12：00（UTC）的可见光云图，图中D是撒哈拉沙漠，N是尼罗河沿岸带状耕作区，V为非洲热带雨林，G是太阳耀斑

横断山脉积雪四、卫星云图上云的识别（一）识别云状的依据1、结构形式是指不同明暗程度物象点的分布式样，这些物象点的分布式样可以是有组织的，也可以是散乱的，即表现出一定的结构形式（云系的分布式样）。带状、涡旋状、细胞状和波状等。(云系以积状云为主，表现为细胞状，台风、气旋云系具有涡旋的结构，锋面、急流则表现为云带。）2、范围大小云图照片上物象的大小直接反映物象的尺度。可以识别是一个云的单体还是一个气团，或者是一大片云。（锋面和急流的云系可达几千千米，台风云系约为几百千米，而细胞状云系（积状）只有几十千米。）

北大西洋地区的IR图，图中显示了A、B、N三个涡旋及其相连的云带和细胞状结构云系。3、边界形状云的边界形状因其形成原因有一定规律，有直线的、圆形的、有呈气旋和反气旋性弯曲的，（如：急流卷云的左界光滑、细胞状云系呈环状等，层云和雾的边界一般整齐光滑。4、色调色调也称亮度或灰度，指的是卫星云图上物象的明暗程度。在可见光云图：云的色调随云的厚度加大而变白；在红外云图：物象色调决定于自身温度，温度越低，色调越白，温度越高，色调越黑。5、暗影暗影是指在一定的太阳高度角之下，高的目标物在低目标物上的投影。暗影都出现在目标物的背光一侧，表现为一些细的暗线或者暗的斑点。一般云顶越高，暗影越宽。四川盆地上空的卷云的暗影6、纹理用来表示云顶表面光滑程度的一个判据。雾和层状云：纹理一般和光滑和均匀，表示云顶较平，云层的厚度差小。积状云：纹理表现为皱纹或斑点，表示云的表面起伏多，云顶高度不一。VIS图上卷云的纤维状结构（二）云的识别⑴卷状云(卷云、卷层云、密卷云、卷云砧)

卷状云主要由冰晶组成，透明度好，反照率低，因而在可见光云图上一般表现为浅灰色到白色，有时还可透过卷状云看到地面目标物。由于卷状云的温度比其他云都要低，所以在红外云图上表现为白色，于地表、中低云之间形成明显的反差，因而卷状云在红外云图上表现最清楚。⑵积雨云:

常常是几个雷暴单体集合而成呈浓白色，云顶比较光滑，边界常有钎维状的卷云砧，高空风小则没有。⑶中云(高层云和高积云)

由于高积云云块远小于卫星仪器的分辨率，所以无法将高层云和高积云区分开，只能将它们统称为中云。其在云图为一大片。范围可达2万—20万平方公里，云区的形式表现有涡旋状，带状，线状和逗点状。在可见光云图：色调很白，纹理均匀。在红外云图上，中云一般表现为浅灰色，云区的边界不清楚。（4）积云、浓积云在卫星云图上看到的积云和浓积云实际上是积云群。常表现为云线、云带或细胞状结构。云区边界清楚，但形状不整齐。其纹理表现为多皱纹、多起伏和不均匀。对流较强的浓积云云顶较冷，色调较白，对流较弱的积云云顶较暖，色调较暗。（5）低云（层积云、层云、雾、雨层云）

1、层积云层积云是在大气的乱流混合中形成的，在可见光云图上表现为多起伏的球状云区，并常是一大片或带状。在红外云图上，由于层积云高度较低，云顶温度较高，色调表现为浅灰到深灰色。2、层云和雾卫星探测无法判断云底是到否达地面，所以云图上不能将层云和雾区分开。在可见光云图上：其表现为一片光滑均匀的云区，色调从白色到灰色，如果云或雾很厚300米以上则色调呈白色。在红外云图上：层云和雾表现为灰色，纹理均匀。3、雨层云在可见光云图上，雨层云的色调从白到灰白不等。在红外云图上，雨层云表现为均匀的浅灰色。纤维状的卷云

图显示了我国南方夜间的积雨云团群A、B、C

由于高空风速小，其四周仅有一些短的卷云羽第二节卫星云图上天气系统的分析一、天气尺度云系（一）带状云系：带状云系是指一条大体上连续的云带，它有明显的长轴长于宽之比至少为4：1。如云系的长与宽之比小于4：1，则该云系称为云区。若带状云系的宽度大于一个纬距称做云带，小于一个纬距，称为云线。带状云系大多数为多层云系，云的种类为卷状云、积状云或层状云。一般锋面、急流、热带辐合带都表现为带状云系。卷云线在红外云图上清楚，它指示高空风的方向。积云线在可见光云图上清楚，它指示低空风的方向。锋面云带急流卷云带热带辐合带(二)涡旋云系是指一条或数条云带、云线以螺旋形式旋向一个共同的中心。识别这种云系可以确定大气中的一些重要的低压中心的位置，并判断气旋性扰动发展的阶段。发展完好的温带气旋，成熟的台风，螺旋结构表现很明显。

东北低压成熟时的IR云图，图中云系表现为围绕中心的涡旋涡旋和冷锋9806号台风（三）逗点云系是涡旋云系的一种，常出现在西风带高空槽前部由中高云组成，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。逗点云系（四）细胞状云系主要出现在湖面和洋面上，是锋的冷空气受暖洋面的加热作用，气层很不稳定，引起强烈对流，造成大片积云区，由大片积云区组成的云系就称为细胞状云系。凡出现细胞状云系的地区，风速垂直切变都很小，如果风速垂直切变较大，细胞状云系也就被破坏了。1、未闭合的细胞云系，是指每个细胞中心部分是晴空少云区而在边缘上是云区，这类细胞状云系主要是由浓积云或积雨云组成，因此常形成在气温差异较大，对流较强的地区。2、闭合的细胞状云系，是指每个细胞中心是云区，而在细胞的边缘上却是无云或少云区。这类细胞状云系主要是由层积云组成。形成这种云时，海水与空气之间的温度差异较小，对流较弱。

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太平洋上的细胞状云系

这是太平洋上空的VIS图，图上A处为闭合细胞状云系，

它位于日本南部洋面上；图的右边有一条条明显的积云线（五）波状云系

1、山脉背风波后由重力波造成的云系。其产生的波状云和山脉的走向一致，平行排列。

2、高空急流区中的横向波动云系。高空急流里的波状云系以卷云线的形式出现。方向与急流轴正交，并使急流云系的边界成锯齿形。山地波中的波状云高空急流里的横向波动云系

二、重要天气系统的云图特征（一）锋面云系的特征：在卫星云图上，锋面往往表现为带状云系，称为锋面云带⑴冷锋:

活跃的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，平均宽度在三个纬距以上，离涡旋中心越远云带越窄.云带边界清楚，呈明显的气旋性弯曲。不活跃的冷锋云带窄而不完整，出现断裂。云带以低空积云、层云为主，中、高云甚少。南方冷锋云系冷锋云系1989年2月22日2300时(UTC)红外云图地面天气图1989年2月23日0000时(UTC)地面分析(单位为hPa)（2）暖锋：暖锋云带的主要特征是短而宽，一般只有几百公里长宽约300–500公里，云区呈反气旋性弯曲，并向冷空气一侧凸起，夏季云区里可能有积雨云。（3）静止锋：静止锋云带于冷暖锋云带不同，它一般不呈气旋性或反气旋性弯曲。高空风大体平行于锋，而且云带很宽，分布不均匀，边界不规则。静止锋云系在冬季以层云为主，夏季以积状云为多。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，B是气旋处于发展阶段的暖锋云系，云系呈反气旋弯曲。静止锋云系

E-F是我国南方的静止锋云系，云系白亮而均匀，在锋前暖区(R)内为纹理不均匀的积云浓积云，A处是锋前洋面层状云（4）锢囚锋：表现为一条宽约300km，且有较亮的气旋式螺旋的云带，其中心即地面气压中心。红外云图上，越近螺旋的中心色调逐渐变暗，因为旋中心的云最低。

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（二）温带气旋云系的特征

初期：表现为稠密的密蔽云区；后期：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。（三）西南低涡在云图上常表现为结构稠密，色调白亮，近于圆形的孤立的云团，有时可见涡旋结构的云系。西南低涡（四）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、在急流呈反气旋弯曲的地方云系稠密，在呈气旋性弯曲的地方云系稀薄或消失，所以急流云系主要位于急流呈反气旋弯曲地方（急流云厚）

3、在可见光云图，急流云系左界有明显的暗影，而且暗影呈反气旋弯曲的线状。副热带急流云系宽广的盾状卷云区急流卷云带

2001年5月22日1530时（UTC）红外云图（五）槽线云系中纬度西风带中，南北振幅很大的深槽云系，表现为南北幅度很大的云带，槽线在云带后界附近，移动速度较慢。（六）热带云团是在卫星云图上发现的新的天气系统。许多热带系统都与云团有关，它占据热带地区面积20%，热带能量的垂直输送主要由热带云团实现。云团由很多积雨云单体组成其顶部的卷云连成一片，在云图上表现为白而密实的云区直径为100—1000km（七）热带辐合云系